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FROG紫外单次自相关仪的调研
2013-09-09 09:08:21   来源:   评论:0 点击:

FROG紫外单次自相关仪的调研徐永生由于普通时域内的自相关测量只能给出脉宽等有限的信息,不能给出光强和相位在时域和频域内的分布,而传统紫外测量方法就是基于双光子过程的自相关测量;且由于自相关测量缺乏足...
FROG紫外单次自相关仪的调研
 
徐永生
 
由于普通时域内的自相关测量只能给出脉宽等有限的信息,不能给出光强和相位在时域和频域内的分布,而传统紫外测量方法就是基于双光子过程的自相关测量;且由于自相关测量缺乏足够的独立性,要求仔细检查光谱的响应、信号光强与入射光强的相关性,以避免自相关曲线的扭曲,测量过程中紫外光引起的材料的高阶色散使测量过程可能会严重扭曲脉冲。因此,必须用一种新的方法测量紫外超短脉冲。
FROG方法能够测量多种类型的超短脉冲,它是Frequency-Resolved Optical Gating的简称,即频率分辨光学开关,其基本原理是测量瞬时频率作为时间函数的二维谱图,然后用迭代的方法从谱图中还原脉冲的电场分布,从而获得该脉冲的强度和相位信息。FROG测量仅需对脉冲进行非线性频率分辨,因而可全面描绘紫外光脉冲。它分为硬件部分(图1)和软件部分(图2),即FROG光路设备和FROG还原程序。它有如下优点:1)能够显示脉冲结构;2)能够为激光系统的调节提供反馈;3)能够测量很短的脉冲;4)能够区分不同的物理过程;5)能够测量超宽带的复杂脉冲。因而,FROG能够对物理过程复杂的紫外脉冲进行测量。
 
 
图1  FROG紫外单次自相关仪设计示意图
 
FROG测量方法有如下几种:1)二次谐波产生法(SHG FROG);2)三次谐波产生法(THG FROG);3)瞬态光栅法(TG FROG);4)偏振开关法(PG FROG);5)自衍射法(SD FROG)。在这些方法中,TG FROG和SD FROG均适用于紫外激光的测量,但TG需三束激光,不适用于单次测量,SD只需两束激光,适用于紫外单次测量。单次FROG测量方法较多次测量省时、省材料,调节简单、省力,能获得单个脉冲的参数。紫外单次SD FROG测量所需的光学元件包括:1)利用空间滤波器使光束空间分布均匀;2)非线性材料利用熔石英薄片;3)为了不引入材料色散,利用中间有斜缝的反射镜分束;4)利用柱面镜将脉冲的各分束进行线聚焦;5)利用带有CCD相机的成像光谱仪记录FROG图谱;6)用一标准具产生双脉冲标定CCD。
 
图2  FROG算法示意图
 
FROG算法中有两个约束条件:1)FROG数学形式限制;2)FROG实验数据限制。计算过程中,通过分布傅里叶变换的方法来回在两个限制中循环,直到得到符合误差要求的解,其解是惟一的。
紫外单次FROG自相关仪硬件部分容易得到,软件部分可由程序代码从Femtosoft Technolo- gies公司获得,因而搭建此测量设备是现实可行的,且是经济的。
 

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