本发明公开了一种智能高重复频率飞秒脉冲实时全场测量方法及系统，所述方法包括以下步骤：1.将待测信号分成n路；2.每一路通过高速光电振幅调制器进行解复用的降频分离；3.经过降频后的每一路时域解复用信号各自再分成两条信号，其中一条信号通过小色散量部件进行时域拉伸，另一条信号通过大色散量部件进行时频转换；4.通过高速信号采集部件，实时采集小色散量部件拉伸后的待测信号时域强度信息和大色散量部件时频转换后的待测信号频域包络信息；5.对采集得的待测信号时域强度信息和待测信号频域包络信息，采用Gerchberg‑Saxton算法不断地迭代以达到收敛，得到待测信号的强度、相位在时域和频域的信息。
1.一种智能高重复频率飞秒脉冲实时全场测量方法，其特征在于，包括以下步骤：A、待测信号被光学分路部件分成n路时域解复用信号；
B、每路时域解复用信号通过一个高速光电振幅调制器对脉冲簇在时域上进行解复用的降频分离，脉冲重复频率均变为待测信号的1/n；
C、经过降频后的每一路时域解复用信号经过一个第二光耦合器分成两条信号，其中一条信号通过小色散量部件进行时域拉伸；另一条信号通过大色散量部件进行时频转换，将待测信号的频域信息映射到时域上；
D、通过高速信号采集部件实时采集小色散量部件拉伸后的待测信号时域强度信息和大色散量部件时频转换后的待测信号频域包络信息；
E、数据处理部件对采集得的待测信号时域强度信息和待测信号频域包络信息，给定初始相位，采用Gerchberg‑Saxton算法不断地迭代以达到收敛，得到待测信号的强度、相位在时域和频域的信息，从而实现高重复频率飞秒脉冲的全场信息实时测量。
2.根据权利要求1所述的一种智能高重复频率飞秒脉冲实时全场测量方法，其特征在于，所述待测信号为具有重复频率RRS的飞秒脉冲待测信号。
3.根据权利要求1所述的一种智能高重复频率飞秒脉冲实时全场测量方法，其特征在于，高速光电振幅调制器通过任意波形发生器调制，产生重复频率为RRS/n、持续时间远大于待测信号单个脉冲持续时间的方波信号。
4.根据权利要求3所述的一种智能高重复频率飞秒脉冲实时全场测量方法，其特征在于，后一个高速光电振幅调制器的方波信号较前一个高速光电振幅调制器的方波信号时间延迟1/RRS。
5.实现权利要求1～4任一项所述的一种智能高重复频率飞秒脉冲实时全场测量方法的系统，其特征在于，包括光学分路部件、任意波形发生器、n个高速光电振幅调制器、n个第二光耦合器、n个小色散部件、n个大色散部件、高速信号采集部件、数据处理部件；
所述光学分路部件包括若干个第一光耦合器，用于将待测信号分成n路脉冲；
所述任意波形发生器为所述n个高速光电振幅调制器产生调制信号；
所述n路脉冲与n个高速光电振幅调制器一一对应连接，用于对待测信号进行时域调制，实现时域解复用降频分离，形成n路时域解复用信号；
所述n路时域解复用信号与n个光耦合器一一对应连接，用于将每一路时域解复用信号再分成两条信号，其中一条信号通过小色散量部件进行时域拉伸，另一条信号通过大色散量部件进行时频转换，将待测信号的频域信息映射到时域上；n路时域解复用信号共形成2n条信号；
所述n个小色散部件与n条信号一一对应连接；所述n个大色散部件与另外n条信号一一对应连接；
所述高速信号采集部件包括高速光电探测器和高速示波器，用于将2n条信号的光信号转换成电信号，并进行实时数据采集；
所述数据处理部件为计算机设备，用于将所采集的信息进行分析处理。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述n个小色散部件和n个大色散部件均为色散光纤。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，每个小色散部件色散量为D1，每个大色散部件色散量为D2，其中|D2|>|D1|。
8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，每个大色散部件的色散量D2满足以下远场衍射条件：
其中，l为色散光纤的长度，τ0为待测脉冲的脉宽，β2为大色散光纤的二阶色散系数，λ0为待测脉冲的光谱宽度，c为真空光速。
一种智能高重复频率飞秒脉冲实时全场测量方法和系统
技术领域
[0001] 本发明涉及超快信号测量领域，特别涉及一种智能高重复频率飞秒脉冲实时全场测量方法方法和系统。
背景技术
[0002] 超快脉冲激光由于其持续时间短、峰值功率高、光谱宽等特点，在各个学科领域都有着极其广泛的应用，高重复频率超快脉冲更是占据了重大的舞台。如何实现高重复频率
超快脉冲全场信息的实时测量，成为科研工作者的一大重点研究内容。
[0003] 超快测量方法发展至今有多种选择：自相关测量法可以测量时域强度，但不能给出脉冲的原始波形和相位等重要信息；时间透镜时域测量方法存在高重复频率待测信号脉
冲重叠的问题(IEEE J.Quantum Elect.30,1951‑1963(1994))；频率分辨光学开关法成为
脉冲全场信息测量的主流，但无法实现实时测量(J.Opt.Soc.Am.A 10,1101(1993))；而后
发展的单次激发的频率分辨光学开关法装置测量速度快，但只适用于低重复频率(～kHz)
的超快脉冲测量，无法满足高重复频率的测量需求(Nat.Photon.5,189‑192(2011))；色散
傅里叶变换技术结合Gerchberg‑Saxton相位恢复算法，为脉冲全场信息测量提供可靠方
案，但高重复频率脉冲重叠问题仍需解决(Nat.Photon.12,221‑227(2018))。
[0004] 为了实现高重复频率的实时超快测量，本发明提出了一种智能高重复频率飞秒脉冲实时全场测量技术方法和系统，以光学分路时域解复用的方法对待测脉冲进行降频处
理，避免高重复频率导致的脉冲重叠问题，结合时域拉伸技术和相位恢复算法，以高速信号
采集器件进行数据采集，从而实现GHz高重复频率飞秒脉冲实时全场信息测量。这种方法简
单解决了现有技术各方面的限制，在超快测量方面有着广泛的应用前景。
发明内容
[0005] 本发明所要解决的问题是实现智能高重复频率飞秒脉冲实时全场测量的方法和系统，突破高重复频率脉冲容易出现脉冲交叠进而导致现有测量技术无法使用的限制，实
现全场信息测量。
[0006] 本发明至少通过如下技术方案之一实现。
[0007] 一种智能高重复频率飞秒脉冲实时全场测量方法，包括以下步骤：
[0008] A、待测信号被光学分路部件分成n路时域解复用信号；
[0009] B、每路时域解复用信号通过一个高速光电振幅调制器对脉冲簇在时域上进行解复用的降频分离，脉冲重复频率均变为待测信号的四分之一，即RRS/4；
[0010] C、经过降频后的每一路时域解复用信号经过一个第二光耦合器分成两条信号，其中一条信号通过小色散量部件进行时域拉伸；另一条信号通过大色散量部件进行时频转
换，将待测信号的频域信息映射到时域上；
[0011] D、通过高速信号采集部件实时采集小色散量部件拉伸后的待测信号时域强度信息和大色散量部件时频转换后的待测信号频域包络信息；
[0012] E、数据处理部件对采集得的待测信号时域强度信息和待测信号频域包络信息，给定初始相位，采用Gerchberg‑Saxton算法不断地迭代以达到收敛，得到待测信号的强度、相
位在时域和频域的信息，从而实现高重复频率飞秒脉冲的全场信息实时测量。
[0013] 进一步地，所述待测信号为具有重复频率RRS的飞秒脉冲待测信号。
[0014] 进一步地，高速光电振幅调制器通过任意波形发生器调制，产生重复频率为RRS/4、持续时间远大于待测信号单个脉冲持续时间的方波信号。
[0015] 进一步地，后一个高速光电振幅调制器的方波信号较前一个高速光电振幅调制器的方波信号时间延迟1/RRS。
[0016] 实现所述的一种智能高重复频率飞秒脉冲实时全场测量方法的系统，包括光学分路部件、任意波形发生器、n个高速光电振幅调制器、n个第二光耦合器、n个小色散部件、n个
大色散部件、高速信号采集部件、数据处理部件；
[0017] 所述光学分路部件包括若干个第一光耦合器，用于将待测信号分成n路脉冲；
[0018] 所述任意波形发生器为所述n个高速光电振幅调制器产生调制信号；
[0019] 所述n路脉冲与n个高速光电振幅调制器一一对应连接，用于对待测信号进行时域调制，实现时域解复用降频分离，形成n路时域解复用信号；
[0020] 所述n路时域解复用信号与n个光耦合器一一对应连接，用于将每一路时域解复用信号再分成两条信号，其中一条信号通过小色散量部件进行时域拉伸，另一条信号通过大
色散量部件进行时频转换，将待测信号的频域信息映射到时域上；n路时域解复用信号共形
成2n条信号；
[0021] 所述n个小色散部件与n条信号一一对应连接；所述n个大色散部件与另外n条信号一一对应连接；
[0022] 所述高速信号采集部件包括高速光电探测器和高速示波器，用于将2n条信号的光信号转换成电信号，并进行实时数据采集；
[0023] 所述数据处理部件为计算机设备，用于将所采集的信息进行分析处理。
[0024] 进一步地，所述n个小色散部件和n个大色散部件均为色散光纤。
[0025] 进一步地，每个小色散部件色散量为D1，每个大色散部件色散量为D2，其中|D2|>|D1|。
[0026] 进一步地，每个大色散部件的色散量D2满足以下远场衍射条件：
[0027]
[0028] 其中，l为色散光纤的长度，τ0为待测脉冲的脉宽，β2为大色散光纤的二阶色散系数， λ0为待测脉冲的光谱宽度，c为真空光速。
[0029] 本系统包括但不限于在如超快测量、超快成像等领域的应用。
[0030] 本发明通过光学时域解复用法将高重复频率脉冲进行分路降频，解决了传统色散傅里叶变换技术频域测量的脉冲交叠问题，同时经过两种不同色散量的时域拉伸，得到小
色散量的时域拉伸强度信息和大色散量的时频变换频域包络信息，采用Gerchberg‑Saxton
算法重构出待测信号的相位，得到待测信号的强度、相位等在时域和频域的信息，实现高重
复频率飞秒脉冲激光的全场信息实时测量。与现有的技术相比，本发明的有益效果如下：
[0031] 1.本发明突破现有超快测量技术探测重复频率低的限制，实现高重复频率脉冲测量。
[0032] 2.本发明在兼顾高重复频率的同时实现脉冲信息全场测量，可得到脉冲的时域、频域和对应的相位信息。
[0033] 3.本发明采用降频分路的方法巧妙实现实时测量。
[0034] 4.本发明所采用的原理和光路结构简单，为超快测量提供一种简便的高重复频率全场信息实时测量方案。
附图说明
[0035] 图1为本实施例的一种智能高重复频率飞秒脉冲实时全场测量系统结构示意图；
[0036] 图2为本实施例的一种智能高重复频率飞秒脉冲实时全场测量方法原理示意图。
具体实施方式
[0037] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0038] 如图1和图2所示的一种智能高重复频率飞秒脉冲实时全场测量系统，该系统包括光学分路部件1、任意波形发生器2、4个高速光电振幅调制器3、4个第二光耦合器4、4个小色
散部件5、4个大色散部件6、高速信号采集部件7、数据处理部件8。
[0039] 所述光学分路部件1包括三个第一光耦合器，其中，两个第一光耦合器均与一个第一光耦合器的输出端连接，将待测信号1分成4路脉冲；
[0040] 所述高速信号采集部件7包括高速光电探测器以及与高速光电探测器连接的高速示波器。
[0041] 所述三个第一光耦合器相连接产生的4个输出端与所述4个高速光电振幅调制器3的输入端一一对应连接，所述4个高速光电振幅调制器3的输出端与4个第二光耦合器4的输
入端一一对应连接，4个高速光电振幅调制器3均与任意波形发生器2连接，每个第二光耦合
器4的其中一个输出端与一个小色散部件5的输入端一一对应连接，第二光耦合器4的另一
个输出端与一个大色散部件6的输入端一一对应连接；4个小色散部件5和4个大色散部件6
的输出端均与高速光电探测器的输入端连接，所述高速示波器与数据处理部件8连接。所述
数据处理部件为计算机设备，用于将所采集的信息进行分析处理。
[0042] 所述待测信号为重复频率达1GHz的高重复频率飞秒脉冲待测信号，待测信号为激光器等器件产生的脉冲激光。
[0043] 所述小色散部件5和大色散部件6均为色散光纤，每个小色散部件5色散量为D1，每个大色散部件6色散量为D2，其中|D2|>|D1|。
[0044] 而要实现频域信息映射到时域上，每个大色散部件的色散量D2要满足远场衍射条件：
[0045]
[0046] 其中，l为色散光纤的长度，τ0为待测脉冲的脉宽，β2为大色散光纤的二阶色散系数， λ0为待测脉冲的光谱宽度，c为真空光速。
[0047] 图2为本实施例的一种智能高重复频率飞秒脉冲实时全场测量方法，包括以下步骤：
[0048] a.具有重复频率1GHz的待测信号脉冲经过光学分路部件1后，时域上被分为重复频率均为250MHz的四路脉冲；
[0049] b.四路脉冲对应输入4个高速光电振幅调制器3，形成四路时域解复用信号；每一路脉冲通过一个高速光电振幅调制器3对脉冲簇在时域上进行解复用的降频分离，第二路
脉冲比第一路脉冲时间t延迟1ns，第三路脉冲比第二路脉冲时间延迟1ns，第四路脉冲比第
三路脉冲时间延迟1ns，四路时域解复用信号的脉冲重复频率均变为待测信号的四分之一。
[0050] 所述4个高速光电振幅调制器3通过一个任意波形发生器2调制。
[0051] c.经过高速光电振幅调制器3后的四路时域解复用信号对应输入4个第二光耦合器4；每路时域解复用信号经过一个第二光耦合器4后被分为两条信号，其中一条信号通过
小色散量部件5进行时域拉伸；另一条信号通过大色散量部件6进行时频转换，将待测信号
的频域信息映射到时域上。
[0052] 具体的，四路时域解复用信号形成八条信号(a、b、c、d、e、f、g、h)，其中一部分信号(a、c、e、g)分别对应一个小色散部件5进行时域拉伸；另一部分信号(b、d、f、h)分别对应一
个大色散部件6进行时频转换，待测信号的频域信息映射到时域上；
[0053] d.通过高速光电探测器和高速示波器，实时采集小色散部件5拉伸后的待测信号时域强度信息I1(t)和大色散部件6时频转换后的待测信号频域包络信息I2(t)；
[0054] e.数据处理部件8对所采集得的强度信息I1(t)和包络信息I2(t)给定初始相位，采用Gerchberg‑Saxton算法不断地迭代以达到收敛，得到待测信号的强度、相位在时域和频
域的信息，从而实现高重复频率飞秒脉冲的全场信息实时测量。
[0055] 上述实施例为本发明的实施方式之一，但本发明的实施方式并不受所述实施例与测试例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组
合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
