【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率激光物理聯(lián)合實驗室研究團(tuán)隊，在超快時空光場測量領(lǐng)域取得重要突破，成功研發(fā)時空波前傳感器(STWFS)，首次實現(xiàn)對時空波包的單次自參考三維光場表征，為超快激光領(lǐng)域、光與物質(zhì)相互作用等領(lǐng)域的研究提供了關(guān)鍵檢測工具。相關(guān)研究成果以“Single-shot 3D characterization of spatiotemporal wave packets via a spatiotemporal wavefront sensor (STWFS)”為題，發(fā)表于Optica。
如何穩(wěn)健地實現(xiàn)單發(fā)超短脈沖時空三維光場表征，特別是新穎的時空結(jié)構(gòu)光場，是多個領(lǐng)域長久以來的共性難題和緊迫需求。針對這個瓶頸難題，研究團(tuán)隊創(chuàng)新提出基于波分復(fù)用的時空波前傳感技術(shù)。該技術(shù)通過特殊設(shè)計的二維光柵與窄帶通濾波器，將不同波長的光場映射到波前傳感器的不同空間位置，結(jié)合時域測量設(shè)備，從而實現(xiàn)單個激光脈沖的完整三維光場拍攝。該方法特點有高空間分辨率與高光譜分辨率，無需依賴外部參考光，并且完全避免了信息混疊導(dǎo)致的測量精度損失。
研究團(tuán)隊制造了一個緊湊的原型機(jī)，是已有報道綜合性能最好的短脈沖時空三維光場測量設(shè)備，在單幀內(nèi)具有295×295空間采樣和36通道光譜采樣，光譜分辨率0.5nm；脈沖前沿傾斜精度驗證實驗結(jié)果表明，時空相位重建絕對精度達(dá)到1.87nm RMS(0.95%)。并利用STWFS首次實現(xiàn)了對具有橫向軌道角動量的時空波包的單次三維光場表征，并獲得了時空渦旋脈沖聚焦傳輸過程的動態(tài)可視化。
作為一種通用的時空光場表征方法，STWFS可應(yīng)用于任何類型的超短激光束，并提供三維時空超快診斷，有助于時空光子學(xué)以及在不同領(lǐng)域的更廣泛應(yīng)用，例如激光加工、光與物質(zhì)相互作用、強(qiáng)場激光物理和光通信。
相關(guān)工作得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項、國家自然科學(xué)基金、上海市高水平機(jī)構(gòu)建設(shè)運(yùn)行計劃等項目的支持。
圖1 STWFS系統(tǒng)原理圖
圖2 STOV光波包測量案例
圖3 角色散測量案例
圖4 空間光譜域嵌入SIOM字母的超快光場測量
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