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常用的飞秒激光特性——自相关测量系统

2016-08-22 15:14
吃瓜天狼
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  通常采用扫描自相关仪来测量飞秒脉冲宽度。传统的自相关仪一般采用单向位移扫描方式,即采用电动机带动反射镜在一维方向移动;也有采用往返振动扫描方式,即用一扬声器带动反射镜在一维方向发生振动提供时延。随着自相关测量方法的不断改进,目前多数采用旋转位移扫描方式,即采用电动机带动一石英块转动,根据光束在石英块中传播的路径不等,给两臂光束提供时延。采用这种方式克服了单向位移扫描的间断测量问题,也避免了往返振动扫描的非线性时延,能够周而复始地线性实时读出显示,并具有良好的稳定性。

  利用自相关仪测量激光的脉冲宽度,整套系统应包括光学系统和用于控制和显示的计算机系统。强度自相关仪的光学系统类似于迈克尔逊干涉仪的结构,如下图所示。下图(a)为共线型相关测量法,入射光脉冲经分束片分为两束光,然后分别经两棱镜反射后再次共轴输出。下图(b)为非共线相关测量法,通过调节棱镜的位置可以改变两束光的光程,选择倍频晶体的方向使两束光都偏离相位匹配方向,从而在单独入射时不产生二次谐波。当两束光同时入射时因合成波矢量满足相位匹配条件而产生倍频,倍频光信号S(S)仅与两束光信号的乘积项有关。

强度自相关仪的光学系统

  相关函数S(S)波形的半宽度的时间间隔即为脉冲宽度。根据激光脉冲宽度的定义,如果将自相关仪接入示波器,在屏幕上显示出自相关曲线的波形,按设定的示波器时间基A,可以读出其半宽度格值X,而其实际值必须考虑定标因子Tt(p),即X—(Tt)。这里T为延迟时间,t为扫描时间。T(t)对于不同类型的仪器是不同的,具体参见仪器的说明书。最后,实际的脉冲宽度还要考虑激光脉冲的波形系数:高斯型、双曲线正割型、单边指数型,其变换系数分别为0.707、0.648、0.5。也就是说,如果是高斯型脉冲,则其实际脉冲宽度为0.707X(T)a。上述测试控制和计算完全可以由计算机系统实现。

  目前有多种型号的自相关仪可用于飞秒激光脉冲宽度的测量。这些自相关仪有国内生产的产品,也有国外进口的产品。MesaPhotonics的自相关仪其测试脉冲宽度的分辨率可达到1fs,波长范围从700~1350nm或者1200~2100nm,扫描范围从几十飞秒到60皮秒,使用双光子吸收探测器,无需调整二次谐波的光路,调整简单。一般均要求有垂直的输入偏振方向,其外形尺寸约为普通示波器的一半。

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