【摘 要】
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频率分辨光开关法（Frequency Resolved Optical Gating,FROG）是目前最为通用的超短激光脉冲时域电场测量技术之一,其测量结果能够完备地表征被测超短激光脉冲电场的载波包络相位,因具有其还原结果准确、通用性强等优势而得到了广泛的应用。近年,层叠成像算法（Ptychographic）被用于FROG的测量迹线还原。该算法能够对稀疏采样的迹线进行还原,具有收敛速度快的优势。但
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频率分辨光开关法（Frequency Resolved Optical Gating,FROG）是目前最为通用的超短激光脉冲时域电场测量技术之一,其测量结果能够完备地表征被测超短激光脉冲电场的载波包络相位,因具有其还原结果准确、通用性强等优势而得到了广泛的应用。近年,层叠成像算法（Ptychographic）被用于FROG的测量迹线还原。该算法能够对稀疏采样的迹线进行还原,具有收敛速度快的优势。但同时也存在的收敛结果受初始条件影响较大、还原过程容易陷入局部最优而导致收敛停滞等问题。本文通过优化和改进了现有层叠成像算法的迭代流程解决了以上问题,同时提高了算法的还原精度和鲁棒性。在此基础上,完成了能够实现稀疏采样和快速扫描还原的FROG样机及还原软件的设计工作,主要工作如下:1.针对层叠成像算法在实际应用中容易出现的对迭代初始条件敏感和收敛停滞的问题,提出了将还原流程分为搜索和精细还原两个阶段,优化了算法流程,显著提高了算法的还原成功率和还原精度,改善了算法对噪声敏感的问题,提高了测量的鲁棒性。此外,还研究了数据预处理中进行迹线滤波对还原结果的影响和探索了硬件计算加速的可行性。2.设计了利用硬件位置触发方式实现快速精确扫描的FROG扫描系统样机。其中包括了延迟线结构的FROG光路与自行搭建的专用光谱仪;CCD驱动、模拟信号处理、AD转换电路的单板PCB电路;基于FPGA的CCD驱动和曝光触发控制软硬件;基于单片机的扫描控制器软硬件。所设计的FROG扫描系统样机对512*512的典型大尺寸迹线的扫描时间约8秒（速度约为基于Lab View的FROG的20倍）,实现了高速、高精度FROG迹线扫描。3.根据改进的层叠成像算法设计了上位机还原软件。软件能够接收扫描系统上传的数据并对测得的FROG迹线进行准确的解算还原,同时具备利用稀疏采样的方式执行快速扫描和电场还原的能力。通过实验验证了软硬件系统的测量和还原能力,所设计的FROG样机具有较高的实用性和成熟度。
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