基于纳秒脉冲激光的时间分辨率复振幅测量方法及装置

本发明涉及光学干涉波前和时间特性领域测量，具体涉及了一种基于纳秒脉冲激光的时间分辨率复振幅测量方法及装置。

背景技术：

1、多光路干涉测量技术是一种先进的光学测量技术，利用两束或多束相干光波的干涉现象来进行精确测量。这种技术的核心是光学干涉原理，即当两束或更多束相干光在空间中相遇时，它们会相互作用，形成干涉条纹。

2、光学时间分辨测量技术是一种用于探测和测量在时间尺度上发生的快速物理过程的技术。它能够提供对瞬态事件的时间分辨能力，通常应用于分析光学信号或物质状态在极短时间内的变化。光学时间分辨测量技术通常依赖于短脉冲激光或超快光学系统。

3、纳秒脉冲激光技术是一种利用激光器产生极短脉冲的技术，其中每个脉冲的持续时间在纳秒(1纳秒＝10-9秒)范围内。对于纳秒脉冲激光的测量方法有光谱相位干涉，通过测量两个频率移动的脉冲之间的光谱干涉来获得脉冲的相位信息。这种方法可以提供非常精确的时间分辨相位和振幅信息，适用于极短脉冲的测量，但其时间分辨率有限，在处理长脉冲或非常复杂的脉冲形状时，其时间分辨率可能不足。

技术实现思路

1、基于上述多种技术的结合，本发明的目的是提供一种基于纳秒脉冲激光的时间分辨率复振幅测量方法及装置。所述复振幅重构方法包括几个重要步骤，其中包括光路调试、图像采集、时间切片复振幅重构、纳秒脉冲激光复振幅重建；所述所述测量装置包括光源系统，多程反射系统和图像采集系统。所述的光源系统由纳秒脉冲激光器，分束器，点衍射扩束系统以及反射镜，所述的多程反射系统由两片半透半反玻璃镜片组成，所述的图像采集系统由四个cmos相机构成，所述测量装置如附图1所示。

2、采用上述测量装置时，如附图2所示，光源系统具体采用纳秒脉冲激光器(1a)，经由分束器(1b)分为测量光源和参考光源，其中测量光源以与水平面向下呈15度入射至多程反射系统(2)，参考光源经点衍射系统(1c)滤波扩束后再经由反射镜(1d)以与水平面向上呈15度入射至图像采集系统(3)。

3、采用上述测量装置时，多程反射系统由两片半透半反玻璃镜片组成，其中两块玻璃片间距可以调节，具体的光路为，第一块玻璃片接受由测量光源(1a)入射的光，透射到第二块玻璃片上，光束在第二块玻璃片上发生半反半透，其中透射部分入射到图像采集系统(3)的第一个ccd上，反射部分射回第一块玻璃片发生第二次反射，并在第二块玻璃上再次发生半反半透，重复上述过程共四次，最后四束由多程反射系统系统出射的透射光分别入射到图像采集系统的四个ccd上。

4、采用上述测量装置时，图像采集系统(3)的四个ccd放置在最后，分别接受来自多程反射系统出射的四束光强相等的透射光和来自参考光源的扩束参考光，每个透射光和参考扩束光在ccd上发生干涉现象，由ccd收集干涉图像信息。

5、采用上述重构方法时，主要包括以下步骤：

6、步骤s1：光路调试，将纳秒脉冲激光器放置，纳秒脉冲光源(1a)经由分束器(1b)后产生测试光和参考光，调整激光器位置使测试光以与水平向下15度的角度入射至多程反射系统(2)，调整点衍射系统(1c)位置，参考光经由点衍射系统(1c)和反射镜(1d)后以与水平向上15度入射至图像采集系统(3)的ccd上，调整两玻璃片间距，调整ccd位置，使由多程反射系统(2)出射的四束光束和扩束参考光分别在每个ccd(3)上发生干涉。

7、步骤s2：图像数据采集，运行ccd(3)，捕获每一个透射光和参考光的干涉图样。

8、步骤s3：单束复振幅重构，对于每一个干涉图样分别进行处理，恢复重构各自的单位时间复振幅信息。

9、步骤s4：脉冲光复振幅重构，基于每一个重构的复振幅信息，进行时间积分，重构出脉冲光的复振幅。

10、综上所述，基于纳秒脉冲激光的时间分辨率复振幅测量方法及装置相较于传统的干涉测量的装置有明显的优点：

11、利用多光程光路，每束光引入了光程差，对于脉冲光进行了时间分辨测量，每个时间切片的复振幅信息叠加重构的脉冲光复振幅信息会更加精确。

技术特征：

1.一种基于纳秒脉冲激光的时间分辨率复振幅测量方法及装置，主要包括复振幅重构方法以及测量装置，其特征在于，所述复振幅重构方法包括几个重要步骤，其中包括光路调试、图像采集、时间切片复振幅重构、纳秒脉冲光复振幅重建；所述测量装置包括光源系统(1)，多程反射系统(2)，和图像采集系统(3)，其特征在于：所述的光源系统(1)由纳秒脉冲激光器，分束器，点衍射系统和反射镜构成，所述的多程反射系统由两块可调间距的半反半透玻璃片组成，所述的图像采集系统(3)由四个ccd相机构成。

2.根据权利要求1所述的测量装置的光源系统(1)，其特征在于：采用纳秒脉冲激光器，其经过分束器分为测试光和参考光，其中测试光源以与水平向下15度入射至多程反射系统(2)，参考光经点衍射滤波扩束后经过反射镜以水平向上15度入射到图像采集系统(3)的ccd相机表面。

3.根据权利要求1所述的测量装置的多程反射系统(2)，其特征在于：由两片半透半反玻璃镜片组成，其中两块玻璃片间距可以调节，具体的光路为，第一块玻璃片接受由测量光源(1a)入射的光，透射到第二块玻璃片上，光束在第二块玻璃片上发生半反半透，其中透射部分入射到图像采集系统(3)的第一个ccd上，反射部分射回第一块玻璃片发生第二次反射，并在第二块玻璃上再次发生半反半透，重复上述过程共四次，最后四束由多程反射系统系统出射的透射光分别入射到图像采集系统的四个ccd上。

4.根据权利要求1所述的测量装置的图像采集系统(3)，其特征在于：所述图像采集系统(3)ccd相机放置在最后，放置位置使分别接受来自多程反射系统出射的四束透射光和经过点衍射系统滤波扩束后的参考光，透射光和参考光在ccd上发生干涉现象，由ccd收集干涉图像信息。

5.根据权利要求1所述的复振幅重构方法的光路调试，其特征在于：将纳秒脉冲激光器放置，调整分光，使测量光源(1a)和参考光源(1b)分别以与水平向下和向上15度的角度发射，调整多程反射系统(2)的两玻璃片间距，调整ccd位置，使由多程反射系统(2)出射的四束光束和参考光分别在每个ccd(3)上发生干涉。

6.根据权利要求1所述的复振幅重构方法的图像数据处理，其特征在于：首先根据每一个ccd上的干涉条纹重构每一个时间切片的复振幅信息，然后将各个时间切片的复振幅信息进行时间积分，重构出纳秒脉冲激光的复振幅信息。

技术总结
本发明公开了一种基于纳秒脉冲激光的时间分辨率测量仪。所述纳秒脉冲激光复振幅重构方法包括几个重要步骤，其中包括光路调试、图像采集、时间切片复振幅重构和纳秒脉冲激光复振幅重建。所述测量装置包括光源系统、多程反射系统和图像采集系统，光源系统采用纳秒激光器，由分束器分为测试光和参考光，测试光经过多程反射系统，多次反射透射产生一系列带有不同光程差的透射光入射到图像采集系统的四个CCD表面与点衍射系统滤波后的参考光发生干涉，每一个干涉图样对应解出时间切片复振幅信息，最终进行时间积分得到纳秒脉冲激光复振幅信息。本发明相比传统波前测量技术能够更高精度重建纳秒脉光波的复振幅信息。

技术研发人员：冯国英,袁晨源
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/27