专利名称：飞秒激光脉冲完全重建系统和方法
技术领域：
本发明属于光学测量技术领域，具体涉及飞秒激光脉冲的重建系统和方法，特别是一种基于实时色散傅立叶变换的飞秒激光脉冲完全重建系统和方法。
背景技术：
在超短脉冲产生和应用中，必须精确知道脉冲在产生、传输和变换过程中的振幅与相位特性，才能确定待测脉冲的脉宽和色散补偿方式，进一步压缩脉冲。因此，在飞秒激光脉冲宽度变得越来越窄的同时，如何测量飞秒激光脉冲的强度和相位成为极大挑战。目前，被广泛应用的测量方法主要包括相关法、频率分辨光学开关法和光谱位相干涉直接电场重构法，各种方法都有成熟的仪器产品。下面分明介绍一、强度自相关方法
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权利要求
1.一种飞秒激光脉冲完全重建系统，其特征在于，包括激光器(I)、光纤(3)、萨格奈克环形干涉仪(4)以及探测设备，所述激光器(I)通过所述光纤(3)与所述萨格奈克环形干涉仪(4)相连接，所述探测设备连接于所述萨格奈克环形干涉仪(4)， 所述激光器(I)用于发出飞秒激光脉冲； 所述光纤(3)用于将所述飞秒激光脉冲在时域上展开； 正交萨格奈克干涉仪(4)的光透过率函数与入射光的偏振态无关，用于对所述飞秒激光脉冲进行干涉，产生一个时域干涉脉冲； 所述探测设备用于采集所述时域干涉脉冲，形成时域和频域干涉信号，以重构所述飞秒激光脉冲的波形和相位信息。
2.如权利要求I所述的飞秒激光脉冲完全重建系统，其特征在于，在所述激光器(I)和所述光纤(3)之间连接有一个衰减器(2)，该衰减器(2)用于降低所述飞秒激光脉冲的峰值功率。
3.如权利要求I所述的飞秒激光脉冲完全重建系统，其特征在于，所述光纤(3)是色散补偿光纤。
4.如权利要求I所述的飞秒激光脉冲完全重建系统，其特征在于，所述探测设备包括光谱仪(5)、光电探测器(6)和示波器(7)，其中， 所述光谱仪(5)用于根据所述时域干涉脉冲产生频域干涉信号； 所述光电探测器(6)用于将所述时域干涉脉冲转化为电信号； 所述示波器(7)用于读取所述电信号，显示该时域干涉脉冲的时域干涉条纹。
5.一种飞秒激光脉冲完全重建方法，该方法基于一个飞秒激光脉冲重建系统，所述系统包括激光器(I)、光纤(3)、萨格奈克环形干涉仪(4)以及探测设备，其特征在于，所述激光器(I)通过所述光纤(3)与所述萨格奈克环形干涉仪(4)相连接，所述探测设备连接于所述萨格奈克环形干涉仪(4)，所述方法包括如下步骤 测量所述激光器(I)发出的飞秒激光脉冲的宽度； 设定所述飞秒激光脉冲重建系统的系统采样频率、系统带宽和萨格奈克环形干涉仪(4)的时延的范围； 标定所述飞秒激光脉冲重建系统的“频率-时间映射”函数； 记录所述飞秒激光脉冲经过所述正交萨格奈克干涉仪(4)后产生的激光干涉脉冲的光强度谱，根据该光强度谱计算正交萨格奈克干涉仪的时延； 测量所述飞秒激光脉冲经过所述正交萨格奈克干涉仪(4)后产生的激光干涉脉冲的时域干涉条纹，使用“频率-时间映射”函数将其转化为频域干涉条纹； 对上一步骤产生的频域干涉条纹进行逆傅立叶变换，得到时域干涉条纹。然后将该时域干涉条纹的旁瓣信号向前平移所述时延； 对所述旁瓣信号进行傅立叶变换得到频率强度分布和差分相位分布，对该差分相位分布进行累加得到频域相位分布，根据频率强度分布和频域相位分布得到重建的所述激光脉冲信号的频域分布，所该频域分布信号进行傅立叶变换，得到重建的所述激光脉冲信号时域分布。
6.如权利要求5的飞秒激光脉冲完全重建方法，其特征在于，在测量所述飞秒激光脉冲的宽度时，使用自相关仪来测量。
7.如权利要求5的飞秒激光脉冲完全重建方法，其特征在于，在设定所述飞秒激光脉冲重建系统的系统采样频率、系统带宽和萨格奈克环形干涉仪(4)的时延的范围时，满足条件fs > tD/ β 2L，其中fs是系统采样频率，tD是萨格奈克环形干涉仪(4)的时延，β 2L是系统群速度色散大小。
8.如权利要求5的飞秒激光脉冲完全重建方法，其特征在于，在标定所述飞秒激光脉冲重建系统的“频率-时间映射”函数的步骤中，对所述飞秒激光脉冲重建系统输出的时域信号和频域信号的峰值数据进行多项式拟合。
9.如权利要求5的飞秒激光脉冲完全重建方法，其特征在于， 在计算正交萨格奈克干涉仪的时延时，使用掺饵光纤放大器自发辐射光源，记录光信号经过正交萨格奈克干涉仪的光强度，对归一化的强度谱使用正弦函数拟合。
10.如权利要求9的飞秒激光脉冲完全重建方法，其特征在于，在计算正交萨格奈克干涉仪的时延时，根据T = [l-cosSJ/2对归一化的光强度谱使用正弦函数拟合，其中T为正交萨格奈克干涉仪的透过率，S !为正交萨格奈克干涉仪的相位因子。
全文摘要
本发明公开了一种飞秒激光脉冲完全重建系统和方法，所述系统包括激光器、光纤、萨格奈克环形干涉仪以及探测设备，所述方法包括测量所述激光器发出的飞秒激光脉冲的宽度；设定所述飞秒激光脉冲重建系统的系统采样频率、系统带宽和萨格奈克环形干涉仪的时延的范围；标定所述飞秒激光脉冲重建系统的“频率-时间映射”函数；记录所述飞秒激光脉冲经过所述正交萨格奈克干涉仪后产生的激光干涉脉冲的光强度谱，根据该光强度谱计算正交萨格奈克干涉仪的时延；测量所述飞秒激光脉冲经过所述正交萨格奈克干涉仪后产生的激光干涉脉冲的时域干涉条纹，使用“频率-时间映射”函数将其转化为频域干涉条纹；对上一步骤产生的频域干涉条纹进行逆傅立叶变换，得到时域干涉条纹。然后将该时域干涉条纹的旁瓣信号向前平移所述时延，由此重建所述激光脉冲信号。
文档编号G01J11/00GK102937481SQ201210315218
公开日2013年2月20日 申请日期2012年8月30日 优先权日2012年8月30日
发明者夏海云, 胡冬冬, 孙东松, 窦贤康, 舒志峰, 薛向辉 申请人:中国科学技术大学