基于空谱干涉和频域分割的超快激光时空耦合特性的单次测量方法

李伟; 王逍; 洪义麟; 曾小明; 母杰; 胡必龙; 左言磊; 吴朝辉; 王晓东; 李钊历; 粟敬钦

doi:10.7498/aps.71.20211665

摘要

大口径超高峰值功率激光的时空耦合(spatiotemporal couplings, STCs)畸变会严重影响焦斑的功率密度, 为了准确预测远场处的光场分布、补偿STCs畸变以提升远场的峰值功率密度, 亟须一种有效的时空耦合特性的单次测量方法. 本文提出了一种基于空谱干涉和频域分割的超快激光时空耦合特性测量方法, 对该测量方法的基本原理与实现方式进行了详细的阐述, 并对其进行了模拟计算与分析, 模拟结果表明该测量方法能够精确表征超短脉冲激光的时空耦合特性.

关键词:

Abstract

The spatiotemporal coupling distortion of large aperture ultra-high peak power laser will degrade the pulsed beam in both near-field and far-field. To accurately predict the light field distribution at the focus and compensate for the spatiotemporal coupling distortion, a single-frame measurement of full three-dimensional spatiotemporal coupling distortion is proposed based on the frequency domain separate spatial-spectral interference. The setup requires only a slit array attached to the front of an Imaging spectroradiometer. The whole procedure of carrier frequency distinguished spectral interference measurement is simulated in this study. The simulation results prove that the presented measuring method is correct and effective. The effectiveness of this method will be further verified experimentally in next step.

Keywords:

作者及机构信息

1.
中国科学技术大学光学与光学工程系, 合肥　230026

2.
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 等离子体物理重点实验室, 绵阳　621900

3.
中国科学技术大学国家同步辐射实验室, 合肥　230026

4.
中国工程物理研究院研究生院, 北京　100088

通信作者: 王逍, wangxiaocn@263.net

基金项目: 中国工程物理研究院等离子体物理重点实验室自主科研项目(批准号: JCKYS2018212024)和国家重点研发计划(批准号: 2018YFA0404804)资助的课题

Authors and contacts

1.
Department of Optics and Optical Engineering, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China

2.
Science and Technology on Plasma Physics Laboratory, Research Center of Laser Fusion, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621900, China

3.
National Synchrotron Radiation Laboratory, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China

4.
Graduate School of China Academy of Engineering Physics, Beijing 100088, China

Corresponding author: Wang Xiao, wangxiaocn@263.net

Funds: Project supported by the Science and Technology on Plasma Physics Laboratory Independent Research Projects of China Academy of Engineering Physics (Grant No. JCKYS2018212024) and the National Key Research and Development Program of China (Grant No. 2018YFA0404804) .

文章全文 : translate this paragraph

参考文献

[1]	Bahk S W, Rousseau P, Planchon T A, Chvykov V, Kalintchenko G, Maksimchuk A, Mourou G A, Yanovsky V 2004 Opt. Lett. 29 2837 Google Scholar
[2]	冷雨欣 2019 中国激光 46 0100001 Google Scholar Leng Y X 2019 Chinese J. Lasers 46 0100001 Google Scholar
[3]	Perry M D, Mourou G A 1994 Science 264 917 Google Scholar
[4]	Bourassin-Bouchet C, Stephens M, Rossi S D, Delmotte F, Chavel P 2011 Opt. Express 19 17357 Google Scholar
[5]	Li Z Y, Tsubakimoto K, Yoshida H, Nakata Y, Miyanaga N 2017 Appl. Phys. Express 10 102702 Google Scholar
[6]	Li Z Y, Miyanaga N 2018 Opt. Express 26 8453 Google Scholar
[7]	Pariente G, Gallet V, Borot A, Gobert O, Quéré F 2016 Nat. Photonics 10 547 Google Scholar
[8]	Li Z Y, Ogino J, Tokita S, Kawanaka J 2019 Opt. Express 27 13292 Google Scholar
[9]	Gabolde P, Trebino R 2008 Opt. Soc. Am. B. 25 A25 Google Scholar
[10]	Dorrer C, Bahk S W 2018 Opt. Express 26 33387 Google Scholar
[11]	Meshulach D, Yelin D, Silberberg Y 1997 Opt. Soc. Am. B 14 2095 Google Scholar
[12]	赵丹, 王逍, 母杰, 左言磊, 周松, 周凯南, 曾小明, 李志林, 粟敬钦, 朱启华 2017 物理学报 66 024201 Google Scholar Zhao D, Wang X, Mu J, Zuo Y L, Zhou S, Zhou K N, Zeng X M, Li Z L, Su J Q, Zhu Q H 2017 Acta Phys. Sin. 66 024201 Google Scholar
[13]	母杰, 王逍, 左言磊, 胡必龙, 李伟, 曾小明, 周凯南, 王晓东, 孙立, 吴朝辉, 粟敬钦 2020 中国激光 47 0401003 Google Scholar Mu J, Wang X, Zuo Y L, Hu B L, Li W, Zeng X M, Zhou K N, Wang X D, Sun L, Wu Z H, Su J Q 2020 Chinese J. Lasers 47 0401003 Google Scholar
[14]	Bowlan P, Gabolde P, Trebino R 2007 Opt. Express 15 10219 Google Scholar
[15]	Bahk S W, Dorrer C, Roides R G 2016 Appl. Opt. 55 2413 Google Scholar

施引文献

图 1 光路示意图

Fig. 1. Schematic of light path.

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 2 狭缝与+1级亮斑对应关系

Fig. 2. Correspondence between slits and +1st harmonic

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 3 根据干涉图还原时空耦合特性的方法

Fig. 3. Procedure of reducing the interferogram into STCs

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 4 (a) 空谱干涉图; (b) 频域+1级亮斑

Fig. 4. (a) Spatial-spectral interferogram; (b) +1st harmonic in the frequency domain.

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 5 频域特征　(a)谱强度预设值; (b)谱相位预设值; (c)谱强度模拟测量值; (d)谱相位模拟测量值

Fig. 5. Frequency-domain characteristics: (a) Preset spectral intensity; (b) preset spectral phase; (c) spectral intensity simulation results; (d) spectral phase simulation results.

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 6 时空耦合特性　(a)时空耦合特性预设值 (b)时空耦合特性模拟测量值

Fig. 6. STCs: (a) Preset value; (b) simulation results

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 7 时空耦合特性单次测量模拟结果

Fig. 7. Simulation results of single-frame measurement of STCs

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 8 (a)脉冲峰值功率预设值; (b)脉冲宽度预设值; (c)脉冲前沿预设值; (d)脉冲峰值功率模拟测量结果; (e)脉冲宽度模拟测量结果; (f)脉冲前沿模拟测量结果

Fig. 8. (a) Preset peak power; (b) preset pulse width; (c) preset pulse front; (d) peak power simulation results; (e) pulse width simulation results; (f) pulse front simulation results

下载: 全尺寸图片幻灯片

[1]	Bahk S W, Rousseau P, Planchon T A, Chvykov V, Kalintchenko G, Maksimchuk A, Mourou G A, Yanovsky V 2004 Opt. Lett. 29 2837 Google Scholar
[2]	冷雨欣 2019 中国激光 46 0100001 Google Scholar Leng Y X 2019 Chinese J. Lasers 46 0100001 Google Scholar
[3]	Perry M D, Mourou G A 1994 Science 264 917 Google Scholar
[4]	Bourassin-Bouchet C, Stephens M, Rossi S D, Delmotte F, Chavel P 2011 Opt. Express 19 17357 Google Scholar
[5]	Li Z Y, Tsubakimoto K, Yoshida H, Nakata Y, Miyanaga N 2017 Appl. Phys. Express 10 102702 Google Scholar
[6]	Li Z Y, Miyanaga N 2018 Opt. Express 26 8453 Google Scholar
[7]	Pariente G, Gallet V, Borot A, Gobert O, Quéré F 2016 Nat. Photonics 10 547 Google Scholar
[8]	Li Z Y, Ogino J, Tokita S, Kawanaka J 2019 Opt. Express 27 13292 Google Scholar
[9]	Gabolde P, Trebino R 2008 Opt. Soc. Am. B. 25 A25 Google Scholar
[10]	Dorrer C, Bahk S W 2018 Opt. Express 26 33387 Google Scholar
[11]	Meshulach D, Yelin D, Silberberg Y 1997 Opt. Soc. Am. B 14 2095 Google Scholar
[12]	赵丹, 王逍, 母杰, 左言磊, 周松, 周凯南, 曾小明, 李志林, 粟敬钦, 朱启华 2017 物理学报 66 024201 Google Scholar Zhao D, Wang X, Mu J, Zuo Y L, Zhou S, Zhou K N, Zeng X M, Li Z L, Su J Q, Zhu Q H 2017 Acta Phys. Sin. 66 024201 Google Scholar
[13]	母杰, 王逍, 左言磊, 胡必龙, 李伟, 曾小明, 周凯南, 王晓东, 孙立, 吴朝辉, 粟敬钦 2020 中国激光 47 0401003 Google Scholar Mu J, Wang X, Zuo Y L, Hu B L, Li W, Zeng X M, Zhou K N, Wang X D, Sun L, Wu Z H, Su J Q 2020 Chinese J. Lasers 47 0401003 Google Scholar
[14]	Bowlan P, Gabolde P, Trebino R 2007 Opt. Express 15 10219 Google Scholar
[15]	Bahk S W, Dorrer C, Roides R G 2016 Appl. Opt. 55 2413 Google Scholar

[1]	李聘滨, 滕浩, 田文龙, 黄振文, 朱江峰, 钟诗阳, 运晨霞, 刘文军, 魏志义. 基于平凹多通腔的非线性脉冲压缩技术. 物理学报, 2024, 73(12): 124206. doi: 10.7498/aps.73.20240110
[2]	韦芊屹, 倪洁蕾, 李灵, 张聿全, 袁小聪, 闵长俊. 超高时空分辨显微成像技术研究进展. 物理学报, 2023, 72(17): 178701. doi: 10.7498/aps.72.20230733
[3]	汪洋, 刘煜, 吴成印. 固体高次谐波产生、调控及应用. 物理学报, 2022, 71(23): 234205. doi: 10.7498/aps.71.20221319
[4]	龙天洋, 李伟, 许浩天, 王逍. 时空耦合畸变对超快超强激光参数测试及性能评估的影响. 物理学报, 2022, 71(17): 174204. doi: 10.7498/aps.71.20220563
[5]	李伟, 王逍, 母杰, 胡必龙, 曾小明, 左言磊, 吴朝辉, 王晓东, 李钊历, 粟敬钦. 基于空谱干涉扫描法测量超宽带激光时空耦合特性. 物理学报, 2021, 70(23): 234201. doi: 10.7498/aps.70.20210996
[6]	李伟, 王逍, 洪义麟, 曾小明, 母杰, 胡必龙, 左言磊, 吴朝辉, 王晓东, 李钊历, 粟敬钦. 基于空谱干涉和频域分割的超快激光时空耦合特性的单次测量方法. 物理学报, 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20211665
[7]	尚玲玲, 钱轩, 孙天娇, 姬扬. 超快光脉冲照射GaAs晶体产生的干涉环. 物理学报, 2020, 69(21): 214202. doi: 10.7498/aps.69.20201055
[8]	龙慧, 胡建伟, 吴福根, 董华锋. 基于二维材料异质结可饱和吸收体的超快激光器. 物理学报, 2020, 69(18): 188102. doi: 10.7498/aps.69.20201235
[9]	王德鑫, 那仁满都拉. 耦合双泡声空化特性的理论研究. 物理学报, 2018, 67(3): 037802. doi: 10.7498/aps.67.20171805
[10]	杨超, 顾澄琳, 刘洋, 王超, 李江, 李文雪. 双重复频率锁模Yb:YAG陶瓷激光器. 物理学报, 2018, 67(9): 094206. doi: 10.7498/aps.67.20172345
[11]	牛璐, 王鹿霞. 外场对分子纳米结电流-电压特性的影响. 物理学报, 2018, 67(2): 027304. doi: 10.7498/aps.67.20171604
[12]	范伟, 谷渝秋, 朱斌, 税敏, 单连强, 杜赛, 辛建婷, 赵宗清, 周维民, 曹磊峰, 张学如, 王玉晓. 一种超快时间分辨速度干涉仪的设计和理论研究. 物理学报, 2014, 63(6): 060703. doi: 10.7498/aps.63.060703
[13]	王胭脂, 邵建达, 易葵, 齐红基, 王玎, 冷雨欣. 宽带啁啾镜对的设计和制备. 物理学报, 2013, 62(20): 204207. doi: 10.7498/aps.62.204207
[14]	刘华刚, 黄见洪, 翁文, 李锦辉, 郑晖, 戴殊韬, 赵显, 王继扬, 林文雄. 高功率全正色散锁模掺Yb3+双包层光纤飞秒激光器. 物理学报, 2012, 61(15): 154210. doi: 10.7498/aps.61.154210
[15]	牛海亮, 章岳光, 沈伟东, 余鹏, 李旸晖, 刘旭. 飞秒激光器中超宽带色散补偿啁啾镜对的设计. 物理学报, 2012, 61(1): 014211. doi: 10.7498/aps.61.014211
[16]	邓玉强, 孙青, 于靖. 光学元件群延迟的直接测量. 物理学报, 2011, 60(2): 028102. doi: 10.7498/aps.60.028102
[17]	高瑞鑫, 徐振, 陈达鑫, 徐初东, 陈志峰, 刘晓东, 周仕明, 赖天树. GdFeCo磁光薄膜中RE-TM反铁磁耦合与激光感应超快磁化翻转动力学研究. 物理学报, 2009, 58(1): 580-584. doi: 10.7498/aps.58.580
[18]	李达, 张新亮, 黄德修. 基于折叠式超快非线性干涉仪的全光码型转换理论和实验研究. 物理学报, 2007, 56(4): 2223-2228. doi: 10.7498/aps.56.2223
[19]	蒋中, 张新亮, 黄德修. 半导体光放大器亚皮秒量级超快动态特性的研究. 物理学报, 2006, 55(9): 4713-4719. doi: 10.7498/aps.55.4713
[20]	张伟力, 章若冰, 王清月. 宽谱带飞秒激光超连续谱特性的研究. 物理学报, 1993, 42(12): 1938-1941. doi: 10.7498/aps.42.1938

计量

文章访问数: 4732
PDF下载量: 70
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板

基于空谱干涉和频域分割的超快激光时空耦合特性的单次测量方法