飛秒激光測(cè)量技術(shù)2012.5.22

1、飛秒激光測(cè)量技術(shù)1自相關(guān)測(cè)量方法頻率分辨光學(xué)開關(guān)法（Frequency-Resolved Optical Gating，簡(jiǎn)稱FORG）自參考光譜位相相干電場(chǎng)重建法（Self-referencing Spectral Phase Interferometry for Direct Electric Reconstruction，簡(jiǎn)稱SPIDER）2自相關(guān)測(cè)量方法實(shí)質(zhì)是將時(shí)間的測(cè)量轉(zhuǎn)化為空間的測(cè)量，基本的過程是首先把入射光分為兩束，讓其中一束光通過一個(gè)延遲線，然后再把這兩束光合并，并借助倍頻晶體或者有雙光子吸收效應(yīng)的發(fā)光介質(zhì)以產(chǎn)生二階非線性效應(yīng)。均勻地改變相對(duì)延遲，即可得到強(qiáng)度變化的二階相關(guān)信號(hào)，

2、及脈沖自相關(guān)結(jié)果。根據(jù)工作方式的不同，脈沖自相關(guān)技術(shù)可分為強(qiáng)度自相關(guān)和干涉自相關(guān)。3 強(qiáng)度自相關(guān)強(qiáng)度自相關(guān)公式：其中，I(t)和I(t-)分別為兩束光的光強(qiáng)，為其中一束光的時(shí)間延遲。4高斯脈沖強(qiáng)度：其中， 是脈沖寬度相關(guān)波形：自相關(guān)波形的半寬度是脈沖寬度的 倍雙曲正割脈沖強(qiáng)度：相關(guān)波形：自相關(guān)波形的半寬度是脈沖寬度的1.543 倍5結(jié)論強(qiáng)度自相關(guān)雖能給出脈沖寬度，但它不含有給出脈沖的位相、脈沖的形狀等信息。6干涉自相關(guān)兩個(gè)入射光束電場(chǎng)： 一束延遲：相干疊加的光強(qiáng)：經(jīng)過倍頻晶體，相關(guān)信號(hào)：7倍頻自相關(guān)信號(hào)：其中：8高斯脈沖強(qiáng)度分布： 強(qiáng)度相關(guān)項(xiàng)：干涉相關(guān)波形：包絡(luò)函數(shù)：可知脈沖寬度9具有啁啾的高

3、斯脈沖電場(chǎng)分布：干涉相關(guān)波形：10有啁啾的脈沖寬度為10飛秒的高斯脈沖的自相關(guān)波形11有啁啾的脈沖寬度為10飛秒的高斯脈沖的自相關(guān)波形的包絡(luò)12總結(jié)干涉自相關(guān)波形不僅可以表達(dá)脈沖寬度的信息，而且可以反映出脈沖的啁啾信息。但是不能表達(dá)脈沖的相位信息。13頻率分辨光學(xué)開關(guān)法（FORG） 頻率分辨光學(xué)開關(guān)法是在自相關(guān)法的基礎(chǔ)上引入了迭代算法，通過對(duì)自相關(guān)信號(hào)進(jìn)行迭代運(yùn)算，能夠給出有關(guān)飛秒脈沖的電場(chǎng)形狀、光譜結(jié)構(gòu)、光譜帶寬、脈沖寬度、位相等比較詳細(xì)的信息。14脈沖迭代算法15兩個(gè)約束條件一是干涉產(chǎn)生信號(hào)光 表示為：二是 的傅里葉變換后 ：16光開關(guān)函數(shù)偏振光開關(guān)法自衍射光開關(guān)法瞬態(tài)光柵法二次諧波法三次

4、諧波法17偏振光開關(guān)法18開光函數(shù)：光強(qiáng)分布：19自衍射光開關(guān)法20開光函數(shù)：光強(qiáng)分布：21瞬態(tài)光柵法22開光函數(shù)：由于三束光是不可區(qū)分的，所以開關(guān)函數(shù)為：光強(qiáng)分布：23二次諧波法24開光函數(shù)：光強(qiáng)分布：25三次諧波法26開光函數(shù)：光強(qiáng)分布：27脈寬為10飛秒的高斯脈沖28啁啾=029啁啾=0.0530啁啾=-0.0531Sensitivity of FROG32自參考光譜位相相干電場(chǎng)重建法（SPIDER）SPIDER是基于光譜相干法測(cè)相位的原理的一種方法。時(shí)間相干空間相干光譜相干33時(shí)間相干原子一次發(fā)光所持續(xù)的時(shí)間來確定光的相干性問題原子發(fā)光時(shí)間越長(zhǎng)，觀察到清楚的干涉條紋就越多，時(shí)間相干性就

5、越好。34兩波列的光程差為零原因：能參與產(chǎn)生相干疊加的波列長(zhǎng)度最長(zhǎng)。結(jié)果：產(chǎn)生干涉。可產(chǎn)生干涉疊加！35兩波列的光程差較小，小于波列長(zhǎng)度原因：能參與產(chǎn)生相干疊加的波列長(zhǎng)度減小。結(jié)果：若是明文，則明紋不亮；若是暗紋，暗紋不暗。干涉條紋變模糊了！36兩波列的光程差較大，大于波列長(zhǎng)度原因：波列不能在P點(diǎn)疊加產(chǎn)生干涉。結(jié)果：高干涉條紋看不清或消失。干涉條紋消失了！37小結(jié)兩波列要產(chǎn)生光的干涉，其光程差 需要滿足： 是相干時(shí)間 是相干長(zhǎng)度38空間相干當(dāng)光源線度b不大時(shí)：結(jié)果：可以分辨清楚明暗條紋。39當(dāng)光源線度b比較大時(shí)：結(jié)果：干涉條紋對(duì)比度下降，明暗條紋變得模糊。40當(dāng)光源線度b增大到某一限度時(shí)：結(jié)果

6、：干涉條紋消失，光程差為 。41 相干孔徑角 42小結(jié)光的干涉要滿足：同頻率同振動(dòng)方向相位差恒定光程差： （相干長(zhǎng)度）光源線度：43光譜相干波長(zhǎng)相同，傳播方向不同的兩束光的波矢分別是K,R，它們混合后產(chǎn)生正弦調(diào)制的干涉條紋，條紋周期為：兩個(gè)不同時(shí)刻到達(dá)同一點(diǎn)的脈沖會(huì)在合成的光譜上產(chǎn)生干涉條紋，條紋的頻率間隔與延時(shí)成反比：44假設(shè)兩個(gè)脈沖，讓它們合成一束入射到光譜儀，讓它們之間有一個(gè)固定的時(shí)間差 ，并由此引起 頻移 。用光譜儀探測(cè)信號(hào)，就可以得到干涉譜。譜中的條紋間隔是 ，然后用傅里葉變換可以求出各個(gè)頻率點(diǎn)兩個(gè)脈沖之間的位相差 但是這種方法是需要知道參考脈沖的位相 45自參考光譜相干將一束光分成兩束，讓它們通過調(diào)制器，然后重疊在一起產(chǎn)生相互作用，得到干涉光譜。46自參考光譜相干其基本思想是：將一束入射光分成兩束，讓其中一束通過一個(gè)線性光譜相位調(diào)制器，讓另一束通過一個(gè)線性時(shí)域相位調(diào)制器，然后再將它們重疊在一起。線性光譜相位調(diào)制器的傳遞函數(shù)：線性時(shí)域相位調(diào)制器的傳遞函數(shù)：干涉光譜：47SPIDER信號(hào)處理第一步，