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) .

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参考文献

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施引文献

图 1 光路示意图

Fig. 1. Schematic of light path.

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图 2 狭缝与+1级亮斑对应关系

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

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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

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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.

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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.

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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

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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

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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

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map

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