飞秒激光测量技术2012.5.22

1、飞秒激光测量技术1自相关测量方法频率分辨光学开关法（Frequency-Resolved Optical Gating，简称FORG）自参考光谱位相相干电场重建法（Self-referencing Spectral Phase Interferometry for Direct Electric Reconstruction，简称SPIDER）2自相关测量方法实质是将时间的测量转化为空间的测量，基本的过程是首先把入射光分为两束，让其中一束光通过一个延迟线，然后再把这两束光合并，并借助倍频晶体或者有双光子吸收效应的发光介质以产生二阶非线性效应。均匀地改变相对延迟，即可得到强度变化的二阶相关信号，

2、及脉冲自相关结果。根据工作方式的不同，脉冲自相关技术可分为强度自相关和干涉自相关。3 强度自相关强度自相关公式：其中，I(t)和I(t-)分别为两束光的光强，为其中一束光的时间延迟。4高斯脉冲强度：其中， 是脉冲宽度相关波形：自相关波形的半宽度是脉冲宽度的 倍双曲正割脉冲强度：相关波形：自相关波形的半宽度是脉冲宽度的1.543 倍5结论强度自相关虽能给出脉冲宽度，但它不含有给出脉冲的位相、脉冲的形状等信息。6干涉自相关两个入射光束电场： 一束延迟：相干叠加的光强：经过倍频晶体，相关信号：7倍频自相关信号：其中：8高斯脉冲强度分布： 强度相关项：干涉相关波形：包络函数：可知脉冲宽度9具有啁啾的高

3、斯脉冲电场分布：干涉相关波形：10有啁啾的脉冲宽度为10飞秒的高斯脉冲的自相关波形11有啁啾的脉冲宽度为10飞秒的高斯脉冲的自相关波形的包络12总结干涉自相关波形不仅可以表达脉冲宽度的信息，而且可以反映出脉冲的啁啾信息。但是不能表达脉冲的相位信息。13频率分辨光学开关法（FORG） 频率分辨光学开关法是在自相关法的基础上引入了迭代算法，通过对自相关信号进行迭代运算，能够给出有关飞秒脉冲的电场形状、光谱结构、光谱带宽、脉冲宽度、位相等比较详细的信息。14脉冲迭代算法15两个约束条件一是干涉产生信号光 表示为：二是 的傅里叶变换后 ：16光开关函数偏振光开关法自衍射光开关法瞬态光栅法二次谐波法三次

4、谐波法17偏振光开关法18开光函数：光强分布：19自衍射光开关法20开光函数：光强分布：21瞬态光栅法22开光函数：由于三束光是不可区分的，所以开关函数为：光强分布：23二次谐波法24开光函数：光强分布：25三次谐波法26开光函数：光强分布：27脉宽为10飞秒的高斯脉冲28啁啾=029啁啾=0.0530啁啾=-0.0531Sensitivity of FROG32自参考光谱位相相干电场重建法（SPIDER）SPIDER是基于光谱相干法测相位的原理的一种方法。时间相干空间相干光谱相干33时间相干原子一次发光所持续的时间来确定光的相干性问题原子发光时间越长，观察到清楚的干涉条纹就越多，时间相干性就

5、越好。34两波列的光程差为零原因：能参与产生相干叠加的波列长度最长。结果：产生干涉。可产生干涉叠加！35两波列的光程差较小，小于波列长度原因：能参与产生相干叠加的波列长度减小。结果：若是明文，则明纹不亮；若是暗纹，暗纹不暗。干涉条纹变模糊了！36两波列的光程差较大，大于波列长度原因：波列不能在P点叠加产生干涉。结果：高干涉条纹看不清或消失。干涉条纹消失了！37小结两波列要产生光的干涉，其光程差 需要满足： 是相干时间 是相干长度38空间相干当光源线度b不大时：结果：可以分辨清楚明暗条纹。39当光源线度b比较大时：结果：干涉条纹对比度下降，明暗条纹变得模糊。40当光源线度b增大到某一限度时：结果

6、：干涉条纹消失，光程差为 。41 相干孔径角 42小结光的干涉要满足：同频率同振动方向相位差恒定光程差： （相干长度）光源线度：43光谱相干波长相同，传播方向不同的两束光的波矢分别是K,R，它们混合后产生正弦调制的干涉条纹，条纹周期为：两个不同时刻到达同一点的脉冲会在合成的光谱上产生干涉条纹，条纹的频率间隔与延时成反比：44假设两个脉冲，让它们合成一束入射到光谱仪，让它们之间有一个固定的时间差 ，并由此引起 频移 。用光谱仪探测信号，就可以得到干涉谱。谱中的条纹间隔是 ，然后用傅里叶变换可以求出各个频率点两个脉冲之间的位相差 但是这种方法是需要知道参考脉冲的位相 45自参考光谱相干将一束光分成两束，让它们通过调制器，然后重叠在一起产生相互作用，得到干涉光谱。46自参考光谱相干其基本思想是：将一束入射光分成两束，让其中一束通过一个线性光谱相位调制器，让另一束通过一个线性时域相位调制器，然后再将它们重叠在一起。线性光谱相位调制器的传递函数：线性时域相位调制器的传递函数：干涉光谱：47SPIDER信号处理第一步，