基于空间相干编码的相位超快测量系统
本发明属于相位超快探测，具体涉及基于空间相干编码的相位超快测量系统。
背景技术：
1、相位探测对于表征各种非线性现象非常必要，比如超连续谱、光学怪波和锁模激光器中的孤子动力学过程。超快现象广泛存在于日常生活中，特别是现代科学研究中常常涉及的瞬态过程，例如强光与物质相互作用过程、植物的光合作用过程和化学反应过程等，其发生的时间尺度多在皮秒、飞秒甚至阿秒量级范围内。然而，频率分辨光学开关法(frog：frequency-resolved optical gating)和光谱相位相干直接电场重建法(spider:spectral phase interferometry for direct electric-field reconstruction)的探测速率很慢，只能测量具有重复特性的脉冲序列，无法实现相位信息的实时检测，同时受电学元件带宽的限制，很难获得皮秒量级以上的分辨率。因此超快非重复光信号的相位测量是现代光学与光子学领域的关键问题，如何实现相位实时检测是信号探测领域的一项巨大的挑战。
2、由于非线性统计光学中连续激光的时空特性研究和激光的表征，这些研究需要检测仪器具有飞秒分辨率和较长的时间窗。为了满足长时间窗口和超快探测的需求，时间成像方法是对携带信息的超短脉冲进行时域上的处理以实现速度更快、精度更高的检测。如果将色散傅里叶变换和时间透镜两种方法结合起来，就可以同时获得脉冲时域和光谱的波形及强度信息，经过归一化gerchberg-saxton算法的迭代运算则能够恢复出脉冲的相位信息。然而在空间相干编码过程中非线性和频过程的效率较低，导致被cmos相机和平衡二极管探测的和频光的强度太弱，使噪声对输出和频光的影响变得非常严重，从而造成信号失真。因此研究高效的信号光与泵浦光作用方法，是实现超快激光相位检测的关键。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供基于空间相干编码的相位超快测量系统，解决了现有技术无法实现超快相位信息实时检测的问题。
2、本发明所采用的技术方案是，基于空间相干编码的相位超快测量系统，包括泵浦光源处理单元、待测信号处理单元与窄线宽参考光源单元，待测信号处理单元发出光线的路径与窄线宽参考光源单元发出光线的路径上共同设有偏振分束器，泵浦光源处理单元发出光线的路径与偏振分束器发出光线的路径上共同设有聚焦透镜，聚焦透镜发出的光线路径上依次设有bbo晶体、光阑、带通滤波器、反射式衍射光栅与cmos相机。
3、本发明的特点还在于：
4、泵浦光源处理单元包括脉冲调控装置，脉冲调控装置通过导线连接有第一三端口环形器，第一三端口环形器分别通过导线连接有第一光纤光栅与第一脉冲放大装置，第一脉冲放大装置通过导线连接有第一光纤准直器，聚焦透镜设于第一光纤准直器发出光线的路径上。
5、第一三端口环形器包括a端口、b端口与c端口，脉冲调控装置通过导线与第一三端口环形器的a端口连接，第一光纤光栅通过导线与第一三端口环形器的b端口连接，第一脉冲放大装置通过导线与第一三端口环形器的c端口连接。
6、待测信号处理单元包括待测信号发送器，待测信号发送器通过导线连接有第二三端口环形器，第二三端口环形器分别通过导线连接有第二光纤光栅与第二脉冲放大装置，第二脉冲放大装置通过导线连接有第二光纤准直器，偏振分束器设于第二光纤准直器发出光线的路径上。
7、第二三端口环形器包括d端口、e端口与f端口，待测信号发送器通过导线与第二三端口环形器的d端口连接，第二光纤光栅通过导线与第二三端口环形器的e端口连接，第二脉冲放大装置通过导线与第二三端口环形器的f端口连接。
8、窄线宽参考光源单元包括窄线宽激光源发射器，窄线宽激光源发射器通过导线连接有第三脉冲放大装置，偏振分束器设于第三脉冲放大装置发出光线的路径上。
9、脉冲调控装置包括混合光无源器件，混合光无源器件通过导线依次连接有可调谐时间延迟线、可调谐带通滤波器、第一增益光纤与可饱和吸收体，可饱和吸收体通过导线与混合光无源器件连接，混合光无源器件还分别通过导线连接有第一泵浦源与光耦合器，光耦合器通过导线与第一三端口环形器的a端口连接，光耦合器还通过导线连接有光谱仪。
10、第一脉冲放大装置、第二脉冲放大装置与第三脉冲放大装置均包括第二泵浦源，第二泵浦源通过导线连接有波分复用器，波分复用器通过导线依次连接有第二增益光纤与光隔离器，第一脉冲放大装置内的波分复用器通过导线与第一三端口环形器的c端口连接，第二脉冲放大装置内的波分复用器通过导线与第二三端口环形器的f端口连接。
11、本发明的有益效果是：
12、本发明提供的基于空间相干编码的相位超快测量系统，能够实时检测信号的相位信息，适用于多种超快探测应用场合；脉冲调控装置、脉冲放大装置均采用基于光纤的器件，使该系统易于调整，稳定性好；探测对象可拓展到多种光学波段，对环境不敏感，抗干扰能力强，维护简单。
技术特征：
1.基于空间相干编码的相位超快测量系统，其特征在于，包括泵浦光源处理单元、待测信号处理单元与窄线宽参考光源单元，所述待测信号处理单元发出光线的路径与窄线宽参考光源单元发出光线的路径上共同设有偏振分束器(11)，所述泵浦光源处理单元发出光线的路径与偏振分束器(11)发出光线的路径上共同设有聚焦透镜(14)，所述聚焦透镜(14)发出的光线路径上依次设有bbo晶体(15)、光阑(16)、带通滤波器(17)、反射式衍射光栅(18)与cmos相机(19)。
2.根据权利要求1所述的基于空间相干编码的相位超快测量系统，其特征在于，所述泵浦光源处理单元包括脉冲调控装置(1)，所述脉冲调控装置(1)通过导线连接有第一三端口环形器(3)，所述第一三端口环形器(3)分别通过导线连接有第一光纤光栅(2)与第一脉冲放大装置(4)，所述第一脉冲放大装置(4)通过导线连接有第一光纤准直器(5)，所述聚焦透镜(14)设于所述第一光纤准直器(5)发出光线的路径上。
3.根据权利要求2所述的基于空间相干编码的相位超快测量系统，其特征在于，所述第一三端口环形器(3)包括a端口、b端口与c端口，所述脉冲调控装置(1)通过导线与所述第一三端口环形器(3)的a端口连接，所述第一光纤光栅(2)通过导线与所述第一三端口环形器(3)的b端口连接，所述第一脉冲放大装置(4)通过导线与所述第一三端口环形器(3)的c端口连接。
4.根据权利要求3所述的基于空间相干编码的相位超快测量系统，其特征在于，所述待测信号处理单元包括待测信号发送器(6)，所述待测信号发送器(6)通过导线连接有第二三端口环形器(8)，所述第二三端口环形器(8)分别通过导线连接有第二光纤光栅(7)与第二脉冲放大装置(9)，所述第二脉冲放大装置(9)通过导线连接有第二光纤准直器(10)，所述偏振分束器(11)设于所述第二光纤准直器(10)发出光线的路径上。
5.根据权利要求4所述的基于空间相干编码的相位超快测量系统，其特征在于，所述第二三端口环形器(8)包括d端口、e端口与f端口，所述待测信号发送器(6)通过导线与所述第二三端口环形器(8)的d端口连接，所述第二光纤光栅(7)通过导线与所述第二三端口环形器(8)的e端口连接，所述第二脉冲放大装置(9)通过导线与所述第二三端口环形器(8)的f端口连接。
6.根据权利要求5所述的基于空间相干编码的相位超快测量系统，其特征在于，所述窄线宽参考光源单元包括窄线宽激光源发射器(12)，所述窄线宽激光源发射器(12)通过导线连接有第三脉冲放大装置(13)，所述偏振分束器(11)设于所述第三脉冲放大装置(13)发出光线的路径上。
7.根据权利要求6所述的基于空间相干编码的相位超快测量系统，其特征在于，所述脉冲调控装置(1)包括混合光无源器件(20)，所述混合光无源器件(20)通过导线依次连接有可调谐时间延迟线(21)、可调谐带通滤波器(22)、第一增益光纤(23)与可饱和吸收体(24)，所述可饱和吸收体(24)通过导线与所述混合光无源器件(20)连接，所述混合光无源器件(20)还分别通过导线连接有第一泵浦源(25)与光耦合器(26)，所述光耦合器(26)通过导线与所述第一三端口环形器(3)的a端口连接，所述光耦合器(26)还通过导线连接有光谱仪(27)。
8.根据权利要求7所述的基于空间相干编码的相位超快测量系统，其特征在于，所述第一脉冲放大装置(4)、第二脉冲放大装置(9)与第三脉冲放大装置(13)均包括第二泵浦源(28)，所述第二泵浦源(28)通过导线连接有波分复用器(29)，所述波分复用器(29)通过导线依次连接有第二增益光纤(30)与光隔离器(31)，所述第一脉冲放大装置(4)内的波分复用器(29)通过导线与所述第一三端口环形器(3)的c端口连接，所述第二脉冲放大装置(9)内的波分复用器(29)通过导线与所述第二三端口环形器(8)的f端口连接。
技术总结
本发明公开的基于空间相干编码的相位超快测量系统，包括泵浦光源处理单元、待测信号处理单元与窄线宽参考光源单元，待测信号处理单元发出光线的路径与窄线宽参考光源单元发出光线的路径上共同设有偏振分束器，泵浦光源处理单元发出光线的路径与偏振分束器发出光线的路径上共同设有聚焦透镜，聚焦透镜发出的光线路径上依次设有BBO晶体、光阑、带通滤波器、反射式衍射光栅与CMOS相机。本发明的基于空间相干编码的相位超快测量系统，解决了现有技术无法实现超快相位信息实时检测的问题。
技术研发人员：韩小祥,黄芷婷,王斐然,严祥安,张国青,张海洋,张云婕,程琳,王军
受保护的技术使用者：西安工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23