飞秒超短脉冲超分辨重建的原理及实现

利用频率分辨光学开关(FROG)法测量超短激光脉冲时,使用层叠成像算法能够实现脉冲的超分辨重建。将FROG法测量的迹图在频域中以矩阵形式表达,结合sinc函数在频率轴的延展性质,成功诠释了FROG法的相位编码原理,该分析为超短脉冲的超分辨恢复提供了理论支持。在此基础上,数值仿真演示了对FROG迹图的频率轴和延时轴同时进行欠采样的情形下,利用层叠成像算法实现的相位恢复结果。该结果有助于指导FROG的测量,提高测量的精度,减少测量时间。

多FROG构型下非方形迹的超短脉冲重建

在充分考虑测量仪器特点的基础上设计非方形迹图,具体对原方形迹图进行如下三种操作:频率轴的低通滤波,降低非线性过程中相位匹配带宽的要求;频率轴的上采样,充分利用光谱仪的高分辨率;延时轴的下采样,明显减少测量耗时并提高精度。由此基于层叠成像算法对二次谐波、偏振门和交叉相位调制三种构型的频率分辨光学开关(FROG)使用非方形迹图进行脉冲重建并对重建能力进行比较,发现在频率轴“1/3×”低通滤波和“4×”上采样的情况下,交叉相位调制构型能够在仅使用8个延时(原方形迹图需128个)的情况下成功实现脉冲的重建。因延时操作为FROG技术中最耗时的环节之一,减少其次数可有效促进FROG用于超短激光脉冲的实时测量。