近日，中科院上海光機(jī)所高功率激光物理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室在多路超短脈沖時間同步與空間疊合度測量方面取得研究進(jìn)展，相關(guān)研究成果以“High-precision spatiotemporal three-dimensional ultrashort pulse synchronization with optical Kerr effect”為題發(fā)表于Optics Express。

在等離子體物理、慣性約束核聚變和實(shí)驗(yàn)室天體物理學(xué)等研究領(lǐng)域，在研究多個超短脈沖與物質(zhì)的相互作用時，對多個超短脈沖之間的高精度時間同步和空間疊合測試有很高的要求。然而目前的超短脈沖同步測試方案很難兼顧多路超短脈沖的高精度、大角度的時間同步和空間重合度測量。

在這項(xiàng)工作中，研究人員通過觀察光克爾效應(yīng)的瞬態(tài)現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了超短脈沖在不同角度下高精度三維(x, y, t)同步。光克爾信號脈沖的強(qiáng)度和相位的變化與時空重合程度成正相關(guān)。待測激光的相位無法通過探測器直接進(jìn)行記錄，需要利用單次相位成像算法進(jìn)行重建，其中相干調(diào)制成像借助于編碼板的調(diào)制作用，具有較高的收斂性能。相位重建算法利用編碼板相位調(diào)制信息和CCD記錄的衍射光斑作為主要約束條件，通過迭代計(jì)算，獲得逐漸逼近真實(shí)分布的光克爾信號光波前振幅和相位信息。實(shí)驗(yàn)中使用了10ps的脈沖，通過觀察信號脈沖的強(qiáng)度和相位分布，得出通過觀察相位能夠得到更高的時間同步精度，最終實(shí)現(xiàn)了兩個脈沖之間小于1ps的的時間同步精度，分別在x和y方向上實(shí)現(xiàn)了±125µm和±3µm的空間疊合精度，該精度分別取決于同步調(diào)整用的位移臺的步長精度和CCD像素尺寸，其中通過使用移動步長更小的位移臺可以提升x方向的精度。此外，實(shí)驗(yàn)測量了兩個脈沖夾角為90°時兩者間的同步，進(jìn)一步證明了該方法可以實(shí)現(xiàn)大角度超短脈沖之間的時空同步。通過實(shí)驗(yàn)分析了泵浦能量和信號光能量波動帶來的影響，結(jié)果表明相位測量相對強(qiáng)度測量而言穩(wěn)定性會更高，有利于多束脈沖的同步測量。該研究為多路激光時空疊合測量提供了一種測試方法。

圖片:W020240910483197044675_ORIGIN.png

圖1.超短脈沖時空同步實(shí)驗(yàn)的光路圖

圖片:W020240910483197271976_ORIGIN.png

圖2.（a1-a2）泵浦光與信號光夾角θ=30°時，不同延遲下的強(qiáng)度曲線；（b1-b2）θ=30°時，不同延遲下的相位變化曲線；（c1-c2）θ=50°時，不同延遲下的強(qiáng)度曲線；（d1-d2）θ=50°時，不同延遲下的相位變化曲線。

相關(guān)鏈接：https://doi.org/10.1364/OE.523156