超快光场的时空信息获取方法和系统

摘要

本申请涉及一种超快光场的时空信息获取方法和系统。所述方法包括：将超快光场信号进行时域放大，得到时域放大信号；对所述时域放大信号各个空间点位置处进行光谱分光处理，得到多路光信号；将所述多路光信号分别转换为相应的电信号，得到多个电信号；根据所述多个电信号获取所述超快光场信号的时空信息。采用本发明提供的超快光场的时空信息获取方法和系统，使上述多路光信号携带超快光场信号的时域信息和空域信息，以将多路光信号分别转换为相应的电信号，得到多个电信号，从各个电信号中获取超快光场信号的时空信息，可以提高针对超快光场信号所获取信息的完整性。

权利要求

1.一种超快光场的时空信息获取方法，其特征在于，所述方法包括：将超快光场信号进行时域放大，得到时域放大信号；包括：将所述超快光场信号进行输入端色散处理，得到色散信号；对所述色散信号施加时域上的周期性二次相位调制，得到调制信号；对所述调制信号进行输出端色散处理，得到所述时域放大信号；其中，所述超快光场信号的时域放大倍数、周期性二次相位调制的周期和单次时域宽度满足如下关系式：W×M≥T；

式中，M表示时域放大倍数，W表示单次时域宽度，T表示周期性二次相位调制的周期；其中所述时域放大倍数M为：其中，Φin表示输入端色散处理采用的色散参数，Φout表示输出端色散处理采用的色散参数；对所述时域放大信号各个空间点位置处进行光谱分光处理，得到多路光信号；

将所述多路光信号分别转换为相应的电信号，得到多个电信号；

根据所述多个电信号获取所述超快光场信号的时空信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述多个电信号获取所述超快光场信号的时空信息包括：根据所述多个电信号对应的空间点位置重构所述电信号；

从重构后的电信号中提取所述超快光场信号的时空信息。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将超快光场信号进行时域放大，得到时域放大信号包括：将超快光场信号与单频激光信号合束，将合束后的信号进行时域放大，得到时域放大信号。

4.一种超快光场的时空信息获取系统，其特征在于，包括：时空同步放大模块、光谱分光部件、多通道高速光电转换部件和提取终端；

所述时空同步放大模块将超快光场信号进行时域放大，得到时域放大信号；所述时空同步放大模块进一步将所述超快光场信号进行输入端色散处理，得到色散信号；对所述色散信号施加时域上的周期性二次相位调制，得到调制信号；对所述调制信号进行输出端色散处理，得到所述时域放大信号；其中，所述超快光场信号的时域放大倍数、周期性二次相位调制的周期和单次时域宽度满足如下关系式：W×M≥T；

其中，M表示时域放大倍数，W表示单次时域宽度，T表示周期性二次相位调制的周期；其中所述时域放大倍数M为：其中，Φin表示输入端色散处理采用的色散参数，Φout表示输出端色散处理采用的色散参数；所述光谱分光部件将所述时域放大信号进行光谱分光处理，得到多路光信号；

所述多通道高速光电转换部件将各路光信号分别转换为电信号；

所述提取终端从所述电信号中提取所述超快光场信号的时空信息。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述时空同步放大模块包括输入端色散部件、脉冲光源、泵浦端色散部件、高非线性介质、光学滤波器以及输出端色散部件；

所述输入端色散部件对所述超快光场信号施加色散，形成探测光；所述脉冲光源产生超短脉冲序列作为泵浦脉冲；所述泵浦端色散部件对所述泵浦脉冲施加色散，形成泵浦光；

所述高非线性介质为所述探测光和所述泵浦光之间的非线性参量过程提供非线性媒介；所述光学滤波器将所述非线性参量过程产生的闲频光滤出；所述输出端色散部件压缩所述闲频光，得到所述时域放大信号。

6.根据权利要求4或5所述的系统，其特征在于，所述光谱分光部件为阵列波导光栅或体全息光栅器件。

7.根据权利要求4或5所述的系统，其特征在于，还包括单频激光光源；

所述单频激光光源产生单频激光信号；所述单频激光信号与所述超快光场信号合束；

所述时空同步放大模块将合束后的信号进行时域放大，得到时域放大信号。

说明书

超快光场的时空信息获取方法和系统

技术领域

[0001] 本申请涉及超快信号测量技术领域，特别是涉及一种超快光场的时空信息获取方法和系统。

背景技术

[0002] 超快光场(短至皮秒、飞秒量级的光场)时域测量技术在超短脉冲表征和光与物质相互作用研究等方面发挥了不可替代的作用，经过多年的发展，已发展出多种技术及方法，如估算飞秒和皮秒脉冲宽度的自相关技术，表征飞秒脉冲全场信息(振幅和相位)的频率分辨光学门技术(FROG)和基于直接电场重建的光谱相位干涉技术(SPIDER)，FROG技术和SPIDER技术均具有超高的时域分辨率(可达fs量级)。然而超快光场往往具有空间复杂性，即不同空间位置处的信号之间存在差异性，上述传统的测量方案仅时域上的分辨能力，导致所获得的结果存在片面性。

发明内容

[0003] 基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种具备超快光场时域信息和空域信息的获取能力的超快光场的时空信息获取方法和系统。

[0004] 一种超快光场的时空信息获取方法，所述方法包括：

[0005] 将超快光场信号进行时域放大，得到时域放大信号；

[0006] 对时域放大信号各个空间点位置处进行光谱分光处理，得到多路光信号；

[0007] 将多路光信号分别转换为相应的电信号，得到多个电信号；

[0008] 根据多个电信号获取超快光场信号的时空信息。

[0009] 在其中一个实施例中，上述将超快光场信号进行时域放大，得到时域放大信号包括：

[0010] 将超快光场信号进行输入端色散处理，得到色散信号；

[0011] 对色散信号施加时域上的周期性二次相位调制，得到调制信号；

[0012] 对调制信号进行输出端色散处理，得到时域放大信号。

[0013] 作为一个实施例，上述超快光场信号的时域放大倍数为：

[0014]

[0015] 式中，M表示时域放大倍数，Φin表示输入端色散处理采用的色散参数，Φout表示输出端色散处理采用的色散参数。

[0016] 作为一个实施例，上述超快光场信号的时域放大倍数、周期性二次相位调制的周期和单次时域宽度满足如下关系式：

[0017] W×M≥T，

[0018] 式中，M表示时域放大倍数，W表示单次时域宽度，T表示周期性二次相位调制的周期。

[0019] 在其中一个实施例中，上述根据多个电信号获取超快光场信号的时空信息包括：

[0020] 根据多个电信号对应的空间点位置重构电信号；

[0021] 从重构后的电信号中提取超快光场信号的时空信息。

[0022] 在其中一个实施例中，上述将超快光场信号进行时域放大，得到时域放大信号包括：

[0023] 将超快光场信号与单频激光信号合束，将合束后的信号进行时域放大，得到时域放大信号。

[0024] 上述超快光场的时空信息获取方法，通过将超快光场信号进行时域放大，得到时域放大信号，对时域放大信号各个空间点位置处进行光谱分光处理，得到多路光信号，使上述多路光信号携带超快光场信号的时域信息和空域信息，以将多路光信号分别转换为相应的电信号，得到多个电信号，从各个电信号中获取超快光场信号的时空信息，可以提高针对超快光场信号所获取信息的完整性。

[0025] 一种超快光场的时空信息获取系统，包括：时空同步放大模块、光谱分光部件、多通道高速光电转换部件和提取终端；

[0026] 时空同步放大模块将超快光场信号进行时域放大，得到时域放大信号；

[0027] 光谱分光部件将时域放大信号进行光谱分光处理，得到多路光信号；

[0028] 多通道高速光电转换部件将各路光信号分别转换为电信号；

[0029] 提取终端从电信号中提取超快光场信号的时空信息。

[0030] 在其中一个实施例中，上述时空同步放大模块包括输入端色散部件、脉冲光源、泵浦端色散部件、高非线性介质、光学滤波器以及输出端色散部件；

[0031] 输入端色散部件对超快光场信号施加色散，形成探测光；脉冲光源产生超短脉冲序列作为泵浦脉冲；泵浦端色散部件对所述泵浦脉冲施加色散，形成泵浦光；高非线性介质为探测光和泵浦光之间的非线性参量过程提供非线性媒介；光学滤波器将所述非线性参量过程产生的闲频光滤出；输出端色散部件压缩闲频光，得到时域放大信号。

[0032] 在其中一个实施例中，上述光谱分光部件为阵列波导光栅或体全息光栅器件。

[0033] 在其中一个实施例中，上述超快光场的时空信息获取系统还包括单频激光光源；

[0034] 单频激光光源产生单频激光信号；单频激光信号与超快光场信号合束；

[0035] 时空同步放大模块将合束后的信号进行时域放大，得到时域放大信号。

[0036] 上述超快光场的时空信息获取系统，通过时空同步放大模块对超快光场信号进行时域放大，得到时域放大信号，采用光谱分光部件将时域放大信号进行光谱分光处理，得到多路光信号，再采用多通道高速光电转换部件将各路光信号分别转换为电信号，以使提取终端从电信号中提取超快光场信号的时空信息，可以保证所提取的信息的完整性。

附图说明

[0037] 图1为一个实施例中超快光场的时空信息获取方法的流程示意图；

[0038] 图2为一个实施例的待测信号示意图；

[0039] 图3为一个实施例的仿真测试结果示意图；

[0040] 图4为一个实施例的待测光场强度示意图；

[0041] 图5为一个实施例的对比仿真示意图；

[0042] 图6为一个实施例中超快光场的时空信息获取系统的结构框图；

[0043] 图7为另一个实施例中超快光场的时空信息获取系统的结构框图。

具体实施方式

[0044] 为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

[0045] 在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

[0046] 在一个实施例中，如图1所示，提供了一种超快光场的时空信息获取方法，包括以下步骤：

[0047] S210，将超快光场信号进行时域放大，得到时域放大信号。

[0048] 具体地，可以将上述超快光场信号输入时空同步放大模块进行M倍的时域放大，得到时域放大信号，以使后续依据上述时域放大信号所获得的各个空间点位置的相应信息的精准性。

[0049] S230，对时域放大信号各个空间点位置处进行光谱分光处理，得到多路光信号。

[0050] 对时域放大信号各个空间点位置处进行光谱分光处理，可以实现对时域放大信号中各处信号的空间信息的分辨，使所得到的多路光信号既携带超快光场信号的时域信息，也包括携带超快光场信号的空域信息。

[0051] S250，将多路光信号分别转换为相应的电信号，得到多个电信号。

[0052] 上述步骤可以采用多通道高速光电转换部件等工具将多路光信号分别转换为相应的电信号。

[0053] S270，根据多个电信号获取超快光场信号的时空信息。

[0054] 上述时空信息包括时域信息和空域信息。

[0055] 上述步骤可以先将各路光信号分别转换为相应的电信号，再针对上述电信号进行校准、重构等处理，以进行超快光场信号的时域信息和空域信息的提取，保证所提取的时域信息和空域信息的准确性。

[0056] 上述超快光场的时空信息获取方法，通过将超快光场信号进行时域放大，得到时域放大信号，对时域放大信号各个空间点位置处进行光谱分光处理，得到多路光信号，使上述多路光信号携带超快光场信号的时域信息和空域信息，以将多路光信号分别转换为相应的电信号，得到多个电信号，从各个电信号中获取超快光场信号的时空信息，可以提高针对超快光场信号所获取信息的完整性。

[0057] 在一个实施例中，上述将超快光场信号进行时域放大，得到时域放大信号包括：

[0058] 将超快光场信号进行输入端色散处理，得到色散信号；

[0059] 对色散信号施加时域上的周期性二次相位调制，得到调制信号；

[0060] 对调制信号进行输出端色散处理，得到时域放大信号。

[0061] 上述超快光场信号可以直接输入或和单频激光信号合束后经过输入端色散Φin后输出，得到色散信号，输入端色散处理采用的色散参数Φin(即输入端色散大小)可以称为时空同步放大模块的“物距”；然后对色散信号施加时域上的周期性二次相位调制该周期性二次相位调制过程中，周期为T，单次时域宽度为W，可以实现时间透镜功能，周期性二次相位调制过程采用的调制参数为Φf，2Φf也可以称为时空同步放大模块中泵浦端的色散量，或者相应时间透镜的“焦距”；携带周期性时域二次相位调制的光场信号(调制信号)通过色散Φout后输出待测信号(待测的超快光场信号)或待测信号和单频激光信号合束后光场的“时域放大像”(时域放大信号)，输出端色散处理采用的色散参数Φout(即输出端色散大小)也可以称为时空同步放大模块的“像距”。

[0062] 作为一个实施例，上述超快光场信号的时域放大倍数为：

[0063]

[0064] 式中，M表示时域放大倍数，Φin表示输入端色散处理采用的色散参数，Φout表示输出端色散处理采用的色散参数。

[0065] 作为一个实施例，上述超快光场信号的时域放大倍数、周期性二次相位调制的周期和单次时域宽度满足如下关系式：

[0066] W×M≥T，

[0067] 式中，M表示时域放大倍数，W表示单次时域宽度，T表示周期性二次相位调制的周期。

[0068] 本实施例针对色散信号所施加的周期性二次相位调制具有较高的准确性。

[0069] 可选地，上述加载时域二次相位调制的方法可以是电光型相位调制器，也可以是啁啾脉冲序列和非线性介质的组合形成的调制方法。

[0070] 在一个示例中，超快光场信号经过时空同步放大模块后的光场表达式为：

[0071]

[0072] 其中，Aout(x,y,t)为时空同步放大模块输出端处的时域信号，As(x,y,ω)为待测信号(超快光场信号)的频谱，Φin为输入端色散部件的色散量，Φout为输出端色散部件的色散量，2Φf为泵浦端色散部件的色散量。符号 表示时频域上的傅里叶变换，符号表示时频域上的傅里叶逆变换，t为时间变量，ω为频率变量，i为虚数单位，符号“∝”表示正比于，x和y分别为空间上的横、纵坐标。

[0073] 若待测的超快光场信号和单频激光信号合束再经过时空同步放大模块后，上述光场表达式包括：

[0074]

[0075]

[0076] 其中，As(x,y,t)为待测的超快光场信号，在待测超快光场与单频激光信号合束的情况下，er(x,y)为单频激光信号的光场振幅，es(x,y,t)为超快光场信号的幅度，为超快光场信号的相位，Δk为超快光场信号与单频激光信号的传播常数差，Ain(x,y,t)表示超快光场信号与单频激光信号合束后的信号。Aout(x,y,t)为待测信号经时空同步放大模块后的输出光场，该信号通过傅里叶滤波方法处理后可得输入的空间复杂性的超快光场es(x,y,t)。

[0077] 由于长时间尺度的超快待测光场信号在经过时空同步放大模块后输出信号在会出现信号时域交叠问题，将输出端信号Aout(x,y,t)经过光谱分光部件，可以解决上述问题。若光谱分光部件各个通道的频率响应函数为H(ω-ω0)，则经过光谱分光部件后：

[0078]

[0079] 其中，H(ω-ω0)为频谱响应函数，ω0为中心频率，Ain(x,y,-ω0Φf/2)为超快光场与单频激光信号合束后的信号，A(t；ω0)为光场经光谱分光附件后的输出信号。从上式可以看出，时间变量t与频率变量ω为一一对应关系由上式看出，输出端信号经过光谱分光部件后，在保持时域信号放大效果的前提下，同时解决了时域连续成像中的时域放大信号相干交叠问题。

[0080] 本示例在每个空间点位置处均配置有光谱分光部件以及相应的多通道高速光电转换部件，从而实现针对超快光场信号时空域信息高时空分辨率，以实现连续记录、实时超快测量。

[0081] 在一个实施例中，上述根据多个电信号获取超快光场信号的时空信息包括：

[0082] 根据多个电信号对应的空间点位置重构电信号；

[0083] 从重构后的电信号中提取超快光场信号的时空信息。

[0084] 本实施例可以针对各个电信号进行准确之后，进行相应重构，以保证重构过程的有效性，从而可以从重构后的电信号中精准地提取超快光场信号的时域信息和空域信息。

[0085] 在一个实施例中，上述将超快光场信号进行时域放大，得到时域放大信号包括：

[0086] 将超快光场信号与单频激光信号合束，将合束后的信号进行时域放大，得到时域放大信号。

[0087] 具体地，可以将单频激光光源通过干涉的方法将时空域相位信息加载到超快光场信号的强度信息上，实现超快光场信号与单频激光信号的合束。通过单频激光光源干涉后的光场会由于相位的变化呈现出强度上的调制，即强度调制信号。强度调制信号再经过相关算法处理后可使超快光场信号的空域信息更容易被识别；具体地，对强度调制信号做傅里叶变换再对边带进行滤波后可以得到待测的超快光场信号的信息。

[0088] 在一个示例中，具有空间复杂性的待测信号如图2所示，不同空间位置处的光场在时域上均各不相同。该待测信号通过本发明的超快光场信号的时空信息获取方式获得的仿真测试结果如图3所示，从图中可以看出，本发明的超快光场信号的时空信息获取方法可以获得不同空间位置处超快光场的时域信息。

[0089] 在一个具体的示例中，分别采用现有测量系统和本发明时空信息获取方式对单个空间位置处时间长度为5ns的待测信号进行测试，待测光场强度如图4所示。通过现有测量系统和本发明测试系统(采用本发明的超快光场信号的时空信息获取方式测量)后的仿真结果如图5所示，从图中可以看出现有测量系统的记录时间长度有限，测量结果会遗漏大量时域信息，而本发明对应的方案可以完整地采集到待测信号的时域信息。

[0090] 仿真结果表明，本发明通过利用时空同步放大模块实现了具有空间复杂性超快光场的高时空分辨率实时超快测量，高刷新率的时域放大实时连续测量技术，并配套光谱分光部件和多通道高速光电转换部件解决高刷新率时域连续测量过程中的时域信号交叠问题，最终可以实现高时空分辨率(时域分辨率可达50fs量级，空域分辨率可达约500nm量级)，高刷新率(刷新率大于1GHz)的实时连续超快测量。

[0091] 应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

[0092] 在一个实施例中，如图6所示，提供了一种超快光场的时空信息获取系统，包括：时空同步放大模块110、光谱分光部件120、多通道高速光电转换部件130和提取终端140；

[0093] 时空同步放大模块110将超快光场信号进行时域放大，得到时域放大信号，以便多通道高速光电转换部件130可以直接对相应信号进行顺利探测；

[0094] 光谱分光部件120将时域放大信号进行光谱分光处理，得到多路光信号；

[0095] 多通道高速光电转换部件130将各路光信号分别转换为电信号；

[0096] 提取终端140从电信号中提取超快光场信号的时空信息。

[0097] 上述提取终端140为具有接收各类信号，对相应信号进行校准、重构等处理功能的智能终端。提取终端140在接收到电信号之后，可以对电信号进行校准、重构等处理，再进行超快光场信号时域信息和空域信息的提取，以保证所提取的时空信息的准确性。具体地，提取终端140校准电信号之后，可以根据各个电信号对应的空间点位置重构电信号，从重构后的电信号中提取超快光场信号的时空信息。

[0098] 上述时空同步放大模块110输出的时域放大信号可能存在存在时域交叠的问题，上述光谱分光部件120将时空同步放大模块输出的存在时域交叠问题的时域放大信号进行光谱分光从而解耦时域交叠信息(即多路光信号)。

[0099] 上述超快光场的时空信息获取系统，通过时空同步放大模块110对超快光场信号进行时域放大，得到时域放大信号，采用光谱分光部件120将时域放大信号进行光谱分光处理，得到多路光信号，再采用多通道高速光电转换部件130将各路光信号分别转换为电信号，以使提取终端140从电信号中提取超快光场信号的时空信息，可以保证所提取的信息的完整性。

[0100] 在一个实施例中，上述时空同步放大模块包括输入端色散部件、脉冲光源、泵浦端色散部件、高非线性介质、光学滤波器以及输出端色散部件；

[0101] 输入端色散部件对超快光场信号施加色散Φin，形成探测光；脉冲光源产生超短脉冲序列作为泵浦脉冲；泵浦端色散部件对所述泵浦脉冲施加色散，形成泵浦光；高非线性介质为探测光和泵浦光之间的非线性参量过程提供非线性媒介；光学滤波器将所述非线性参量过程产生的闲频光滤出；输出端色散部件压缩闲频光，得到时域放大信号(输入光场信号的时域“放大像”)。

[0102] 具体地，超快光场信号可以直接输入或和单频激光信号合束后经过输入端色散Φin后输出，输入端色散处理采用的色散参数Φin(即输入端色散大小)可以称为时空同步放大模块的“物距”。上述脉冲光源、泵浦端色散部件、高非线性介质和光学滤波器可以协助对输入端色散Φin输出的信号施加时域上的周期性二次相位调制 该周期性二次相位调制过程中，周期为T，单次时域宽度为W，可以实现时间透镜功能，周期性二次相位调制过程采用的调制参数为Φf，2Φf也可以称为时空同步放大模块中泵浦端的色散量，或者相应时间透镜的“焦距”。携带周期性时域二次相位调制的光场信号(调制信号)通过色散Φout后输出待测信号(待测的超快光场信号)或待测信号和单频激光信号合束后光场的“时域放大像”，输出端色散处理采用的色散参数Φout(即输出端色散大小)也可以称为时空同步放大模块的“像距”。

[0103] 作为一个实施例，上述超快光场信号的时域放大倍数为：

[0104]

[0105] 式中，M表示时域放大倍数，Φin表示输入端色散处理采用的色散参数，Φout表示输出端色散处理采用的色散参数。

[0106] 作为一个实施例，上述超快光场信号的时域放大倍数、周期性二次相位调制的周期和单次时域宽度满足如下关系式：

[0107] W×M≥T，

[0108] 式中，M表示时域放大倍数，W表示单次时域宽度，T表示周期性二次相位调制的周期。

[0109] 可选地，上述加载时域二次相位调制的方法可以是电光型相位调制器，也可以是啁啾脉冲序列和非线性介质的组合形成的调制方法。

[0110] 在一个示例中，超快光场信号经过时空同步放大模块后的光场表达式为：

[0111]

[0112] 其中，Aout(x,y,t)为时空同步放大模块输出端处的时域信号，As(x,y,ω)为待测信号(超快光场信号)的频谱，Φin为输入端色散部件的色散量，Φout为输出端色散部件的色散量，2Φf为泵浦端色散部件的色散量。符号 表示时频域上的傅里叶变换，符号表示时频域上的傅里叶逆变换，t为时间变量，ω为频率变量，i为虚数单位，符号“∝”表示正比于，x和y分别为空间上的横、纵坐标。

[0113] 若待测的超快光场信号和单频激光信号合束再经过时空同步放大模块后，上述光场表达式包括：

[0114]

[0115]

[0116] 其中，As(x,y,t)为待测的超快光场信号，在待测超快光场与单频激光信号合束的情况下，er(x,y)为单频激光信号的光场振幅，es(x,y,t)为超快光场信号的幅度，为超快光场信号的相位，Δk为超快光场信号与单频激光信号的传播常数差，Ain(x,y,t)表示超快光场信号与单频激光信号合束后的信号。Aout(x,y,t)为待测信号经时空同步放大模块后的输出光场，该信号通过傅里叶滤波方法处理后可得输入的空间复杂性的超快光场es(x,y,t)。

[0117] 由于长时间尺度的超快待测光场信号在经过时空同步放大模块后输出信号在会出现信号时域交叠问题，将输出端信号Aout(x,y,t)经过光谱分光部件，可以解决上述问题。若光谱分光部件各个通道的频率响应函数为H(ω-ω0)，则经过光谱分光部件后：

[0118]

[0119] 其中，H(ω-ω0)为频谱响应函数，ω0为中心频率，Ain(x,y,-ω0Φf/2)为超快光场与单频激光信号合束后的信号，A(t；ω0)为光场经光谱分光附件后的输出信号。从上式可以看出，时间变量t与频率变量ω为一一对应关系由上式看出，输出端信号经过光谱分光部件后，在保持时域信号放大效果的前提下，同时解决了时域连续成像中的时域放大信号相干交叠问题。

[0120] 在一个实施例中，上述光谱分光部件为阵列波导光栅或体全息光栅器件。

[0121] 本实施例可以对时域放大信号进行更为准确地分光处理。

[0122] 在一个实施例中，上述超快光场的时空信息获取系统还包括单频激光光源150；

[0123] 单频激光光源150产生单频激光信号；单频激光信号与超快光场信号合束；

[0124] 时空同步放大模块110将合束后的信号进行时域放大，得到时域放大信号。

[0125] 具体地，可以将单频激光光源150通过干涉的方法将时空域相位信息加载到超快光场信号的强度信息上，实现超快光场信号与单频激光信号的合束，使超快光场信号与单频激光信号相干形成相应的调制信号，通过对该调制信号的解调处理可以还原初始信号的幅度和相位信息。

[0126] 在一个示例中，具有空间复杂性的待测信号如图2所示，不同空间位置处的光场在时域上均各不相同。该待测信号通过本发明的超快光场信号的时空信息获取系统获得的仿真测试结果如图3所示，从图中可以看出，本发明的超快光场信号的时空信息获取系统可以获得不同空间位置处超快光场的时域信息。

[0127] 在一个具体的示例中，分别采用现有测量系统和本发明时空信息获取方式对单个空间位置处时间长度为5ns的待测信号进行测试，待测光场强度如图4所示。通过现有测量系统和本发明测试系统(采用本发明的超快光场信号的时空信息获取方式测量)后的仿真结果如图5所示，从图中可以看出现有测量系统的记录时间长度有限，测量结果会遗漏大量时域信息，而本发明对应的方案可以完整地采集到待测信号的时域信息。

[0128] 仿真结果表明，本发明通过利用时空同步放大模块实现了具有空间复杂性超快光场的高时空分辨率实时超快测量，高刷新率的时域放大实时连续测量技术，并配套光谱分光部件和多通道高速光电转换部件解决高刷新率时域连续测量过程中的时域信号交叠问题，最终可以实现高时空分辨率(时域分辨率可达50fs量级，空域分辨率可达约500nm量级)，高刷新率(刷新率大于1GHz)的实时连续超快测量。

[0129] 以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0130] 需要说明的是，本申请实施例所涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二\第三”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

[0131] 本申请实施例的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或模块的过程、方法、装置、产品或设备没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选地还包括没有列出的步骤或模块，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。

[0132] 在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

[0133] 以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。