飞秒脉冲测量过程的光路精确调节理论分析研究

针对单发次飞秒激光脉冲波形的测量,入射光夹角和晶体的偏转姿态是光路精确调节中的关键影响因素,为了精确描述入射光夹角和晶体的偏转与输出自相关信号的关系,我们对和频过程进行理论分析和推导。文中对入射光夹角的取值范围进行数学推导和计算,并定量分析了输出的自相关信号与晶体的姿态的关系。结果表明,要满足位相匹配条件,入射夹角存在一个最小值为30.114°;产生的自相关信号输出方向对晶体的转动姿态不敏感,输出强度对参与耦合的两入射光束的夹角敏感;对晶体的转动姿态容量较大,且晶体越薄越不敏感;自相关信号的时间分辨力由晶体内参与耦合的两入射光束的夹角决定,改变晶体外的夹角不会改变时间分辨力。

飞秒脉冲测量技术的新进展

本文综述了超快激光领域中测量技术的最新发展 ,特别详细地论述了目前国际上公认的测量脉冲位相的 2种标准方法 ;FROG和 SPIDER的基本原理、实验构成和性能比较。

基于SPIDER法测量飞秒脉冲的数值计算与模拟

为了测量飞秒脉冲的振幅和相位,采用光谱相位相干电场重构法(SPIDER)的光谱图数值分析公式,对高斯强度分布的线性啁啾脉冲、立方相位啁啾脉冲进行数值计算与数值模拟,并重构出飞秒脉冲的光谱相位,其模拟的结果与理论符合较好,光谱相位相干电场重构法能完全测量飞秒脉冲的振幅和相位。

FROG飞秒脉冲脉宽重建及可视化测量

文章对在Matlab环境中实现FROG脉冲迭代算法进行了理论分析,给出了详细的矩阵数学模型推导过程。在此基础上,根据飞秒脉冲测量需求,在Matlab中编写了GUI用户界面,实现了对FROG行迹的重建和标定。采用该GUI,对实际的飞秒脉冲进行了在线测量,重建后的FROG行迹和标定后的FROG行迹吻合,可直接获取测量中的迭代次数、迭代误差、飞秒脉宽、谱宽等关键信息,可以直接应用到FROG脉宽测试仪的工程化设计中。

基于空间-时间耦合的飞秒激光脉冲测量理论

现有的飞秒脉冲测量理论是建立在简化的脉冲模型基础上,即只对脉冲的时间特性进行测量,不考虑其空间特性。在实际中脉冲的空间特性和时间特性是相互依赖的,即使在自由空间传播的飞秒脉冲它的时间和空间特性之间也发生着相互的耦合作用。文中提出了飞秒激光脉冲测量理论中的时间-空间耦合脉冲模型。考虑到时间和空间之间的耦合作用,飞秒脉冲模型除了包含时间参量之外,还包含空间参量,即脉冲电场的表达式由 E(t)变为 E(x,y,z,t),给出了时间-空间耦合模型下的脉冲再现迭代算法。这一理论对飞秒脉冲的测量有重要的指导意义。

基于SPIDER法测量飞秒脉冲的数值分析与模拟

阐述了目前国际上公认的用于飞秒脉冲测量的光谱相位相干电场重构法(SPIDER)的光谱图数值分析过程,并对高斯强度分布的变换极限脉冲、线性啁啾脉冲进行数值计算及模拟,都获得了准确还原的飞秒脉冲在频域和时域的强度包络和相位.

全反射相干自相关法测量飞秒脉冲的特性分析

全反射相干自相关法在测量紫外-X光波段的超短脉冲和宽频带脉冲方面具有优势。借助数值模拟,比较了全反射相干自相关和传统相干自相关方法测量不同相位结构脉冲时信号特征的异同。利用自建的组合式自相关装置测量了钛宝石激光器输出的飞秒脉冲及经由40 mm厚BK7玻璃块展宽而成的啁啾脉冲。理论分析和实验结果表明,同一脉冲的两种自相关曲线是基本相似的,因而在传统自相关方法不适用或操作不便的情况下,可以用全反射相干自相关法来替代。

飞秒脉冲干涉自相关修正光谱的啁啾特性

为了测量飞秒激光脉冲啁啾,采用了一种对干涉自相关光谱作频谱修正的简单方法,得到干涉自相关修正光谱。利用该修正光谱对啁啾有很高灵敏度的特性,对高斯型强度分布的线性啁啾、平方啁啾脉冲进行了理论分析和实验验证,取得了修正光谱的下包络峰的高度与啁啾量对应关系、下包络峰的个数与啁啾次数对应关系。结果表明,根据干涉自相关修正光谱下包络的峰值,可估定啁啾的量值,根据干涉自相关修正光谱下包络峰的个数可以判断脉冲啁啾的次数。这一结果对精确地测量飞秒激光脉冲的微小啁啾量是有帮助的。

飞秒脉冲干涉自相关修正光谱特性与啁啾检测

讨论了一种测量飞秒激光脉冲啁啾的简单方法的可行性,采用对干涉自相关(IAC)做频谱修正,得到干涉自相关修正光谱(MOSAIC),利用该修正光谱对啁啾有很高灵敏度的特性,检测到了略偏离变换极限的飞秒激光脉冲中含有的微小啁啾。MOSAIC能够精确地测量飞秒激光脉冲的微小啁啾量。

超短激光脉冲测量技术的发展

文章综述了超短激光脉冲测量技术的发展历程,特别详细地介绍了目前国际上公认的测量飞秒脉冲的频率分辨光学开关法(FROG)和光谱相位相干电场重构法(SPIDER),并概述了处于实验室阶段的阿秒脉冲产生的基本原理及测量方法。

用改进型空间编码SPIDER系统测量复杂脉冲的准确性分析

与现有多种SPIDER装置相比,提出的改进型空间编码SPIDER系统在测量结构复杂的超短脉冲方面具有优势。借助数值模拟,以两个不同结构的复杂脉冲为对象,分析准单色辅助脉冲的带宽和频谱位置等因素对该系统测量复杂脉冲的准确度的影响。模拟结果表明,两个复杂脉冲相位重构的误差都将随辅助脉冲准单色带宽的增大而增大,但误差的增幅则有较大差别:含有多种高阶色散但光谱分布和光谱相位曲线都较为平滑的复杂脉冲的误差增幅相对较小;而光谱和相位曲线中存在陡变结构的复杂脉冲则会有较大误差增幅。尤其是当其中一个辅助脉冲的频率刚好选在待测脉冲相位陡变的位置附近时,就容易出现明显的误差。采用多个剪切量测量同一复杂脉冲有助于发现并剔除这样的误差从而提高准确性。

飞秒脉冲振幅和相位的无干涉条纹重构法测量

对作者所提出的无干涉条纹直接电场重构测量飞秒脉冲的振幅和相位的新方法作出进一步理论分析,并通过实验测量说明该方法的优越性.该方法克服了传统的SPIDER方法的弊病,能得到一组无干涉条纹的图像,排除传统方法必须使用傅里叶变换滤波消除干涉条纹而引进的系统误差,使得该方法能够采用较简便设备且能较准确测量飞秒脉冲强度轮廓和相位.最后给出同一条件下新方法和传统SPIDER方法分别重构的脉冲强度自相关曲线与实验测量结果的比较,以说明新方法的有效性和优越性.

基于瞬态光栅频率分辨光学开关装置的阿秒延时相位控制

操控多路激光脉冲之间的相对延时(相对相位)对于亚周期相干合成技术意义重大.当周期量级脉冲之间的相对延时接近数十飞秒时,常见的飞秒脉冲测量手段已无法满足脉冲之间相对相位的精确调控需求.本文基于瞬态光栅频率分辨光学开关装置,精确反演出脉冲之间的相对相位.此方案不仅有助于直接产生亚周期(亚飞秒)脉冲,还可应用于时间隐身学和二维相干光谱学等相关领域.

不同波长飞秒脉冲的相位测量

飞秒脉冲技术的不断发展能够较方便地产生不同波段和结构特性的飞秒脉冲.对已有的改进型零附加相位光谱相位相干电场重构系统进行优化整合,使之胜任不同特性飞秒脉冲的测量.利用该系统测量了两台飞秒激光系统输出不同波长的脉冲及其通过厚度为80mm的BK7玻璃块而得到的啁啾脉冲.实验结果表明,该系统的适用范围较宽.

两种光谱相位相干电场重构法对复杂脉冲测量的准确度比较

借助数值模拟的方法,比较了传统的光谱相位相干直接电场重构(SPIDER)法和延时受控无条纹光谱相位相干电场重构(DCFF-SPIDER)法对复杂脉冲测量准确度的差异,并分析其内在的原因.理论计算表明,传统SPIDER方法在测量光谱和相位结构存在突变的复杂脉冲时,通常会出现一定程度的偏差,而DCFF-SPIDER方法能够保持很高的准确度.

改进型零附加相位光谱相位相干电场重构系统对啁啾脉冲的测量

现有的基于光谱相位相干电场重构法(SPIDER)的脉冲测量系统,在测量啁啾脉冲时容易出现误差.本文提出一个改进型零附加相位光谱相位相干电场重构系统(MZAP-SPIDER),来解决上述问题.在实验上,利用改进后的SPIDER系统测量了钛宝石飞秒激光器输出的脉冲及其经80mm长的BK7玻璃块展宽得到的啁啾脉冲.结果表明,该系统能胜任啁啾脉冲的相位测量.

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。

相干控制中基倍频光等相面的测控方法

在超快光学领域中的相干控制实验中,往往由于基频及其倍频激光脉冲波前面的位相面畸变与相位不一致性的存在而无法达到预期的实验结果.本文设计了一种诊断此畸变的实验方法,制作得一台效果显著的自动位相修正系统,成功地使用在相干控制光电流实验中.该系统利用位相畸变修复算法,根据光强与位相差的关系求出位相差的空间表面结构,由此计算压电陶瓷的调节电压与方向,使得可移动反射镜朝畸变减少的方向移动.实验结果表明该系统可实时自动地调节两光束的波前面保持平行.

GRENOUILLE系统中时间延迟量参数优化设计

GRENOUILLE飞秒脉冲测量系统中,时间延迟量是一个关键参数,直接决定了飞秒脉宽测量范围。本文量化分析了时间延迟量与菲涅尔双棱镜底角、待测光斑直径等参数之间的关系,研究结果表明,菲涅尔双棱镜底角越大,待测光斑半径越大,双棱镜-SHG晶体间距越大,产生的最大时间延迟量越大,可测得的飞秒脉冲越宽。确定了光路系统中器件参数,通过实验进行了验证,测量结果的误差优于5%,为GRENOUILLE测量系统优化设计提供了参考和依据。

飞秒激光光谱位相干涉仪的数值模拟与分析

对用光谱位相相干直接电场重建法 (SPIDER)测量飞秒光脉冲啁啾特性的光谱位相干涉仪进行了数值模拟 ;对假设具有不同类型啁啾的飞秒脉冲进行光谱位相重构 ,还原出时域脉冲强度包络和位相 。