无光栅频率分辨光学开关行迹分析

从无光栅频率分辨光学开关(GRENOUILLE)的测量原理出发,分析了不均匀的光束空间轮廓导致行迹畸变的原因,并通过数值方法模拟了GRENOUILLE内部存在的数据一致性校验机制对这种影响的抑制作用。结果表明:不均匀光束空间轮廓对GRENOUILLE测量结果的影响并不显著;实际测量中更应避免的是使用过小的光束口径,它将导致行迹不完整,从而显著影响时间波形的测量结果。

基于瞬态光栅频率分辨光学开关法测量飞秒脉冲的研究

超宽光谱的飞秒脉冲测量一直是超快激光领域的重要研究方向之一.常规的飞秒脉冲自相关方法是通过测量自相关倍频信号来获得,而倍频信号具有波长选择性,不同中心波长的飞秒脉冲测量需要更换不同的倍频晶体,十分不方便.因此,提出了一种改进型的瞬态光栅频率分辨光学开关(TG-FROG)方法用于测量飞秒脉冲.该方法结合四波混频和频率分辨光学开关方法,其基本过程是将待测脉冲分为三束,其中两束脉冲经过精密的延时控制并聚焦在光学介质上达到时空重合,利用三阶非线性效应产生稳定的瞬态光栅作为开关光;另一束脉冲作为探测光与产生的瞬态光栅进行相互作用产生一个信号光,使用光谱仪对该信号光的光谱与延迟时间进行测量,并通过反演迭代算法处理而获取待测飞秒脉冲的光谱与电场信息.该方法只需要待测光的功率密度达到三阶非线性效应就可以实现测量,因此可以应用于任意中心波长的飞秒脉冲测量.利用该方法对中心波长分别为800 nm, 400 nm的飞秒脉冲,以及超连续亚10 fs的周期量级超宽光谱飞秒脉冲进行了测量,并与常规的干涉自相关仪器测量结果进行了比较,所得测量结果基本一致.实验结果表明,建立的基于TG-FROG方法对不同中心波长,不同脉冲宽度的飞秒脉冲测量是十分有效的.

用频率分辨光学开关法测量飞秒激光脉冲

飞秒脉冲的测量在飞秒激光的应用中起着关键性作用。文中阐述了频率分辨光学开关法测量飞秒脉冲的原理和再现算法,构建了一台用于飞秒脉冲测量的二次谐波-频率分辨光学开关装置,利用该装置对谐振腔输出的飞秒脉冲进行了测量。利用二次谐波-频率分辨光学开关法测量得到了描迹图信号,对信号分布进行计算机迭代处理,得到了飞秒脉冲的时间宽度及光谱宽度、电场及其位相在时域和频域的详细信息。谐振腔直接输出脉冲的时间宽度为56 fs,光谱宽度为27 nm,时间带宽积为0.686,算法中的最小误差为0.001 792。实验结果表明二次谐波-频率分辨光学开关法是一种有效的飞秒脉冲测量方法。

超短光脉冲的频率分辨光学开关法测量研究

为了对二次谐波型和偏振开关型频率分辨光学开关法测量超短光脉冲的研究,利用矩阵的方法对实验系统中几种常见超短光脉冲的二次谐波-频率分辨光学开关和偏振开关-频率分辨光学开关光谱图进行了数值模拟,并采用基于矩阵的主元素广义投影算法从数值模拟的二次谐波-频率分辨光学开关光谱图中恢复了脉冲的振幅和相位,误差达到收敛的标准(G<10-4)。结果表明,频率分辨光学开关能够精确地测量超短光脉冲。

二次谐波频率分辨光学开关法测量双脉冲的振幅和相位

介绍了二次谐波型(SHG)频率分辨光学开关法(FROG)测量双脉冲的实验系统.对实验系统中双脉冲的SHG-FROG光谱图,利用矩阵的方法进行了数值模拟,并用基于矩阵的主元素广义投影算法(PCGPA)从数值模拟的SHG-FROG光谱图中恢复了双脉冲的振幅和相位,误差达到收敛的标准(G<1-0 4).

快速扫描频率分辨光学开关装置测量超短激光脉冲

频率分辨光学开关法是目前测量超短激光脉冲的主流方法之一.本文比较了三大类二次谐波频率分辨光学开关系统的特点和适用范围,提出将标准二次谐波频率分辨光学开关法改装成一种快速扫描频率分辨光学开关法(frequency-resolved optical gating, FROG)装置.利用信号发生器输出的正弦信号同步地驱动音圈电机和扫描振镜,其中音圈电机带动直角反射镜往复运动可实现快速的延时扫描,与此同时扫描振镜快速转动进而按照延时顺序将自相关信号光谱反射至面阵相机感光面上的不同位置.该正弦信号还用于触发面阵相机持续曝光,即可拍摄到一幅完整的FROG迹线图,曝光时间可小于1 s.该方案在需要记录较大矩阵FROG迹线图的情形颇具优势,例如可实现色散大的啁啾脉冲和结构复杂的超短脉冲的实时测量.通过测量从自锁模钛宝石激光器输出的飞秒脉冲以及被200 mm厚的BK7玻璃块展宽后的啁啾脉冲的结构,证实了该装置的实用性.

基于智能搜寻者优化的频率分辨光学开关重构算法

频率分辨光学开关(frequency-resolved optical gating, FROG)法是目前测量超短激光脉冲的主要方法之一.针对其常用的主成分广义投影重构(principal component generalized projections, PCGP)算法在处理大矩阵FROG谱图时速度会减慢及存在噪音时准确度下降的缺点,本文提出一种基于搜寻者优化算法的FROG算法.该算法在直接测量脉冲光谱分布的基础上,通过搜索脉冲频域相位的几个色散系数,从而恢复脉冲的结构.由于新算法主要在频域上进行运算,流程比PCGP算法简便很多,收敛速度和准确性都有明显改善.通过数值模拟方法重构了多个不同结构的超短脉冲,分析讨论了无噪音和在不同噪音水平下该算法的准确度.计算结果充分展示了该算法重构脉冲的速度快、准确度高的特点,在无噪音条件下其准确度比PCGP提升了3个数量级以上.

基于反射式达曼光栅的频率分辨光学开关装置

采用反射式达曼光栅对飞秒激光进行分束,可以避免材料色散的影响.搭建了利用反射式1×2达曼光栅为基础的频率分辨光学开关(FROG)装置,并把测量结果与传统多发频率分辨光学开关装置的测量结果进行了对比.理论和实验结果表明,当输入脉冲宽度大于50 fs时,用达曼光栅作为分光器和使用分光镜分光的效果是一样的;当输入脉冲的宽度小于50 fs时,用达曼光栅作为分光器引入的展宽量明显小于分光镜引入的展宽量,尤其是当输入脉冲的宽度小于20 fs时用达曼光栅作为分光器的效果更为突出.

飞秒激光脉冲的谐波频率分辨光学开关法测量研究

建立了一台谐波频率分辨光学开关法 (FROG)飞秒脉冲测量装置 ,利用该装置进行了掺钛蓝宝石飞秒激光脉冲的测量研究 .在二次谐波自相关测得的时域和频域信号基础上 ,结合对信号光强度分布的计算机迭代处理 ,得到了有关飞秒激光电场、光谱及其相位的信息 ,所得脉宽与干涉测量的结果基本一致 .

基于单模光纤的交叉相位调制型频率分辨光学开关超短脉冲测量

利用单模光纤中的光弹效应和交叉相位调制(XPM)效应,提出了一种频率分辨光学开关法测量超短脉冲的新方案.在本方案中,单模光纤的前一部分产生可变延迟,后一部分作为非线性介质产生非线性效应.该方案只需一根单模光纤,无须复杂的光路校准,结构简单,损耗低;光纤中的XPM效应易发生,无须相位匹配.对提出的方案进行了数值模拟,采用基于矩阵的主元素广义投影算法,恢复出待测脉冲的幅度和相位信息,并研究了光纤长度和待测超短脉冲的脉冲宽度对测量结果的影响.结果表明:测量准确度随着光纤长度的增加而提高,选取长度为2 km的光纤,就可以实现对超短脉冲的准确测量;本文方案适用于脉冲宽度不小于80 fs的超短光脉冲的测量.

频率分辨光学开关法飞秒脉宽测量技术研究进展

对频率分辨光学开关法(FROG)飞秒脉冲测量技术进行了综合阐述。在FROG法基本原理分析的基础上,以测量技术原理发展变化为主线,介绍了三种不同瞬时响应非线性效应下—三阶非线性效应、二级非线性效应和交叉相位调制(XPM)效应,所构成的不同FROG测量结构的研究现状和发展方向,并综合分析了三种分支技术的性能特点。对各种不同的FROG测量结构进行了详细的比较,得到它们的优缺点及发展前景,为FROG飞秒脉冲测量技术以后的发展提供研究思路和参考。

频率分辨光学开关法测量飞秒脉冲

阐述了频率分辨光学开关法测量飞秒脉冲的原理,详细分析了模式尺寸效应和非线性效应对飞秒脉冲测量的影响。构建了一台用于飞秒脉冲测量的二次谐波-频率分辨光学开关装置,利用该装置对谐振腔输出的飞秒脉冲及压缩后的脉冲进行了测量。得到了飞秒脉冲的时间宽度及光谱宽度、电场及其相位在时域和频域的详细信息。谐振腔直接输出脉冲的时间宽度为56fs,光谱宽度为27nm,时间带宽积为0.686,算法中的最小误差为0.001792。脉冲压缩后的测量结果为27fs,光谱宽度为92nm,时间带宽积为1.27,算法误差为0.0093289。

谐振式光学陀螺光源小型化驱动器的设计

提出并设计了基于升压型DC/DC转换器的激光器压电陶瓷驱动器,分析了DC/DC转换器的开关电源噪声对ROG系统的影响,通过优化设计实现了电源噪声的消除,满足了ROG系统检测需求,为小型化、高精度压电陶瓷驱动电源的设计提供了参考。

频率分辨光学开关法测量飞秒脉冲的研究

在详细分析频率分辨光学开关法(FROG)的基础上,对几种类型的FROG迹线进行了模拟,并运用Matlab软件编制程序还原出脉冲信息。用二次谐波型频率分辨光学开关法(SHG-FROG)测量了KLM钛宝石激光器的输出脉冲,并运用算法进行了处理,得到脉冲的振幅和相位信息,与干涉自相关法的测量结果一致。

频率分辨光学开关迹线的去噪技术

在分析实际频率分辨光学开关(FROG)迹线噪声来源的基础上,设计了一种合理的去噪程序;对含模拟噪声的FROG迹线分别进行直接重建和去噪后重建,两者均方值误差相差一个数量级,证明了该去噪程序的有效性;搭建了FROG系统,获得了实际脉冲的FROG迹线,通过对直接重建和去燥后重建的结果进行对比分析,发现去噪后重建的脉冲更接近真实的脉冲,证明了噪声处理的必要性。

基于克尔晶体的FROG光学任意波形测量技术

利用光克尔效应和交叉相位调制效应,采用基于矩阵的主元素广义投影(PCGP)算法,提出了基于克尔晶体的频率分辨光学开关法(FROG)光学任意波形测量方案。建立了基于克尔晶体的FROG光学任意波形测量的理论模型,并对该方案进行了仿真研究,讨论背景噪声处理、门函数形状、门波形幅度对波形恢复的影响。仿真结果表明:该方案可以实现对光学任意波形的幅度和相位的准确测量;门脉冲采用矩形波形时,光学任意波形的测量准确性较高。

紫外超短脉冲激光的单次测量

利用瞬态光栅衍射法研制了一台单次频率分辨光学开关激光参数测量仪,可以对脉宽范围在10ps以内的紫外超短脉冲激光进行单次测量。利用该仪器对重复频率为10Hz的放电泵浦和单次运行的电子束泵浦KrF准分子激光器的输出脉冲分别进行了单次测量,结果表明:对于放电泵浦,当系统工作在零啁啾附近时,脉冲波形和光谱分布较规则,相位分布起伏较小,当系统偏离零啁啾状态时,脉冲波形和光谱分布不再规则,并且相位分布为抛物线结构;对于单次运行的电子束泵浦,脉冲波形具有多峰结构,光谱具有复杂的调制,脉宽约为2ps,带宽约为1.3nm,相位分布为抛物线结构。

飞秒激光脉冲的腔外压缩

为了获得更高的时间分辨率,更短的飞秒脉冲,采用双棱镜和一个平面镜结构对飞秒激光脉冲进行腔外压缩,构建了一台二次谐波频率分辨光学开关装置,对谐振腔输出的飞秒脉冲及压缩后的脉冲进行了测量,取得了脉冲压缩前和压缩后的实验数据,压缩前脉冲的宽度为89 fs,脉冲的时间带宽积为0.9096,误差为2.4‰,输入脉冲的平均功率约为480mW;脉冲压缩后的测量结果为22 fs,光谱宽度为43nm,时间带宽积为0.44203,误差为1.1‰,压缩脉冲的平均功率约为250mW。压缩比为4∶1,高于有关文献的报道。结果表明,该装置实现了飞秒脉冲腔外压缩,对获得更短的飞秒脉冲是有帮助的。

光子晶格中超短脉冲光的时域特性

为定量分析光子晶格对超短脉冲的时域、频域和非线性动力学过程的操控作用,利用搭建的二次谐波型频率分辨光学开关探测系统对超短脉冲离散衍射的出射光进行了时频域的定量探测和分析.运用广义主元素投影算法从采集的频率分辨光学开关(FROG)迹线中定量恢复了时域电场、频域光谱以及它们的相位信息.通过对上述结果的数值拟合,获得了脉宽、谱宽、中心波长和各阶啁啾量,并结合上述结果分析了非线性相移与色散啁啾对光谱的影响和色散与自相位调制(SPM)对脉宽的影响.结果表明,光子晶格不但对入射光存在空间调控,同时也对脉冲光的时域、频域以及非线性过程有着全面、灵活的调控能力;传输中,脉冲光的脉宽和频谱之间的关系受传播系统的色散、非线性系数以及结构等诸多因素的共同制约.

光脉冲测量系统中菲涅尔双棱镜参数设计

基于单发频率分辨光学开关法的飞秒脉冲测量系统,理论推导光束经菲涅尔双棱镜分光与聚合产生的时间延迟,得到菲涅尔双棱镜底角、折射率和脉冲光斑半径的关系.时间延迟在x方向成线性关系,有利于进行时间延迟标定.根据所测飞秒脉冲的半高全宽,可估算所需光斑大小和菲涅尔双棱镜底角,为菲涅尔双棱镜的选择提供了理论依据.