基于波导光栅的高动态范围时间波形测量技术

A new approach for the measurement of high dynamic range temporal profile based on waveguide grating are introduced for the requirement of intense field physics. In this work, we use the technology of both waveguide grating obtained the time delay and sampling, and optical shutter gated beams to acquire the temporal and spatial transformation. The high dynamic range temporal profile are achieved by using positioning spatial attenuation technology and CCD detector. Because no additional equipment or energy conversions are required, The dynamic range can be as high as 1000:1, and the time resolution is several ten picoseconds. The measurement equipment costs less because there are fewer components, and those components can be mass produced. The measurement equipment is easier to calibrate and maintain. We want to present solutions to the measurement of high dynamic range temporal profile by the supporting of fund. These research are of reference value for the multi-beams laser facility.

为满足强场物理对高动态范围时间波形的测试需求，提出基于波导光栅的时间脉冲波形新型测量方法。采用波导光栅延时取样和光快门选通技术实现脉冲时间-空间的转换，通过空间定位衰减技术和CCD探测器获得高动态范围的时间脉冲波形；预计测试波形对比度达到1000：1，时间分辨优于几十皮秒；测量模块易于集成，成本低，标定简单。课题的研究对于解决甚多束高功率激光装置高动态范围脉冲波形的测量具有重要意义。

构建光克尔效应时间门物理模型，采用泵浦探测实验获得的克尔信号拟合曲线作为克尔开关门响应函数，对光束传输进行时间切片和空间离散，模拟给出了光开关门的时空演化规律，模拟结果为泵浦探测、光学弹道等实验提供理论依据。.通过在碲玻璃中添加重金属离子，尝试制作了具有较大的非线性折射率、时间响应快、吸收小的光开关玻璃，测试结果显示，研制的光开关玻璃的克尔信号对称性好，信号半高宽度~225fs，三阶非线性极化率达到~0.8×10-20m2/V2，透过率达到70~80%，为时间波形测试的切分时间门材料选取提供依据。.提出了用于透明材料在较宽波长范围内的线性折射率和色散的一种简单的测试方法。为了验证方法的可靠性和测试精度，将测得的玻璃的折射率与传统的最小偏向角方法的测试结果进行比较，二种方法折射率差异小于1%。建立基于非线性热像的非线性折射率测量方法，改进泵浦探测方法，在泵浦光束引入缺陷调制使得探测光束获得增强的非线性相移，从而提高非线性折射率的测量精度，测试了CS2的非线性折射率为3.4×10-14cm2/W（1.053um，50ps），取得的初步结果和认识，技术和方法为材料非线性折射率的简单准确测量开辟发展了新的途径。.提出基于波导和光开关的时间波形测试方法。设计具有光束时间延迟，空间有序排布的波导光栅器件，研制具有光束时间延迟，空间有序排布的具有1×4和6×7个光栅的波导光栅元件，时间分辨优于70ps；采用分光方法测试CCD高动态范围；建立了光通过多层透明材料的透射与反射率的计算模型，计算了泵浦和探测光经过开关介质在不同入射角，不同介质厚度下的透射率，计算结果为泵浦探测光路优化和光学弹道成像等实验参数选取提供参考。开展了基于波导和光开关的时间波形测试方法，经过图像处理及信号拼接，重构激光脉冲波形与预设的时间波形基本符合。