(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202211092884.9 (22)申请日 2022.09.08 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 115235618 A (43)申请公布日 2022.10.25 (73)专利权人 中国工程物理研究院激光聚变 研 究中心 地址 621999 四川省绵阳市绵山路64 号 (72)发明人 李伟　王逍　曾小明　母杰　 胡必龙　左言磊　吴朝辉　王晓东　 李钊历　粟敬钦　 (74)专利代理 机构 中国工程物理研究院专利中 心 51210 专利代理师 任正平 (51)Int.Cl. G01J 1/42(2006.01) G01J 1/04(2006.01) G01J 3/02(2006.01) G01J 3/45(2006.01) G01J 9/02(2006.01) G02B 27/10(2006.01) G06T 5/10(2006.01) G06T 7/80(2017.01) G06T 17/00(2006.01)(56)对比文件 CN 114739521 A,202 2.07.12 CN 10941 1312 A,2019.0 3.01 CN 111536868 A,2020.08.14 CN 106989834 A,2017.07.28 CN 10910 0029 A,2018.12.28 CN 114894325 A,202 2.08.12 CN 114894718 A,202 2.08.12 US 2005259249 A1,20 05.11.24 US 6639683 B1,20 03.10.28 US 2021310786 A1,2021.10.07 CN 111879421 A,2020.1 1.03 Pablo Gabolde等.Si ngle-frame measurement of the complete spatiotemporal i ntensity and phase of ultrashort laser pulses usi ng wavelength - multiplexed digital ho lography. 《J.Opt.Soc.Am.B》 .20 08,第25卷(第6期),A 25- A33. 李伟.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. 《物理学报》 .2022,第71卷(第3期),0 34203. (续) 审查员 付宁 (54)发明名称 一种超快激光场三维时空分布的单帧测量 系统及方法 (57)摘要 本发明公开了一种超快激光场三维时空分 布的单帧测量系统及方法， 该方法利用F ‑P标准 具对超快激光的连续频谱进行等间隔频谱采样， 利用光栅将不同频谱成分向不同空间方向衍射， 使参考光和待测光的不同频谱成分形成不同调 制频率的波前干涉图， 利用相机采集频谱混叠的 波前干涉图， 最后 在单帧测量中同时提取多个频 谱成分的波前干涉信息， 进行光场三维分布重建， 实现了超快激光三维光场分布的单帧测量。 本发明能够实现超快激光场三维时空分布的单 帧波前测量， 该方法原理简单可靠， 定标和测量 操作简便， 抗干扰能力强， 光场重建算法计算量 小， 特别适用于以低重频或单发次模式运行的超 快超强激光 三维光场分布的测量。 [转续页] 权利要求书2页 说明书7页 附图2页 CN 115235618 B 2022.12.13 CN 115235618 B (56)对比文件 李伟 等.基 于空谱干涉扫描法测量超宽带 激光时空耦合特性. 《物理学报》 .2021,第70卷 (第23期),234201. Pablo Gabolde等.Si ngle-shot measurement of the complete spatiotemporal field of an ult rashort laser pulse. 《Proce edings of S PIE》 .2006,第 6343卷63433Z. 周松 等.超短脉冲时空畸变测量及 补偿技术研究. 《物理学报》 .2017,第6 6卷(第4期), 044204. 李政言 等.时空分辨的飞秒激光 光场测量 研究进展. 《中国激光》 .202 2,第49卷(第12期), 1201003. Yeong Gyu Kim等.Si ngle-shot spatiotemporal c haracterizati on of a multi-PW laser usi ng a multispectral wavefront sensi ng method. 《Optics Express》 .2021,第2 9卷(第13期),195 06-19514.2/2 页 2[接上页] CN 115235618 B1.一种超快激光场三维时空分布的单帧测量系统， 其特征在于， 所述系统包括： 反射取 样镜、 时域测量设备、 F ‑P标准具、 分光棱镜 Ⅰ、 空间滤波器、 延迟调节单元、 光栅、 分光棱镜 Ⅱ、 消色差透镜和相机； 所述反射取样镜将入射的待测激光分为透射 光和反射 光； 所述时域测量设备设置在反射取样镜的反射 光光路上； 所述F‑P标准具和分光 棱镜Ⅰ按顺序依次设置在反射取样镜的透射 光光路上； 所述F‑P标准具对透射 光进行频谱等间隔取样； 所述分光棱镜 Ⅰ将F‑P标准具的取样光分为透射光和反射光， 其中分光棱镜 Ⅰ的透射光 命名为待测光， 分光 棱镜Ⅰ的反射光命名为 参考光； 所述空间滤波器设置在参 考光光路上； 所述延迟调节单 元和光栅按顺序依次设置在待测光 光路上； 所述分光 棱镜Ⅱ设置在参 考光和待测光交汇处， 用于合成参 考光和待测光； 所述消色差 透镜和相机依次设置在分光 棱镜Ⅱ之后的光传输光路上。 2.根据权利要求1所述的超快激光场 三维时空分布的单帧测量系统， 其特征在于， 所述 时域测量设备为S PIDER、 FRO G或者SRSI。 3.根据权利要求1所述的超快激光场 三维时空分布的单帧测量系统， 其特征在于， 所述 空间滤波器包括沿光轴依次设置的离轴抛面镜 Ⅰ、 针孔和离轴抛面镜 Ⅱ。 4.根据权利要求1所述的超快激光场 三维时空分布的单帧测量系统， 其特征在于， 所述 延迟调节单 元包括多个沿光传输方向设置的反射镜 。 5.一种超快激光场三维时空分布的单帧测量方法， 其特 征在于， 所述方法包括： S1： 对待测激光光谱以及参考光强度分布进行标定， 得到参考光各频谱成分的光强度 分布； S2： 在权利要求1~4中任一项所述的超快激光场三维时空分布的单帧测量系统中输入 待测激光， 利用时域测量设备测量获取待测激光的谱相位， 利用相 机获得待测激光的待测 光和参考光的频谱混叠波前干涉图； S3： 使用频分复用方法从频谱混叠波前干涉图中恢 复出待测激光各频谱成分的强度和 波前分布， 并结合S2得到的谱相位进行三维光场重建， 其过程如下： S31： 对S2中得到的频谱混叠的波前干涉图进行二维傅里叶变换， 得到频域图； S32： 计算得到频域图中各频谱对应一级谐波的位置， 接着在频域图中使用圆形窗口滤 波得到单独的一级谐波， 将滤波得到的一级谐波进行傅里叶逆变换， 得到该频谱成分的空 间域二维复数矩阵， 所述二维复数矩阵为一级谐波对应频谱成分的子干涉图， 依 次对频域 图中每个一级谐波都进行傅里叶逆变换， 得到每 个频谱成分对应的空间域 二维复数矩阵； S33： 利用子干涉图复数矩阵以及S1中标定得到参考光各频谱成分的强度分布， 计算得 到待测光各 频谱成分的波前和光强分布； S34： 利用时域测量设备测量得到的谱相位对S33中待测光各频谱成分的波前和光强分 布进行拼接， 再沿代 表频谱ω的坐标进行傅里叶逆变换， 得到待测光场三维时空分布。 6.根据权利要求5所述的超快激光场 三维时空分布的单帧测量方法， 其特征在于， 所述 S1中， 对待测激光光谱以及参考光 强度分布进行标定的过程如下： 首先在F ‑P标准具后测量 待测激光脉冲光谱， 获得透过F ‑P标准具的激光频率 ωi以及各频率成分的强度比； 接着利权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115235618 B 3