飞秒激光脉冲的频率分辨偏振光学开关法测量研究

建立了一台频率分辨偏振光学开关（PG FROG）法飞秒脉冲测量装置，利用该装置对“极光Ⅱ号”飞秒激光放大系统进行了测量.在利用偏振光学开关法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；并且对系统工作在不同状态时的激光脉冲进行了测量和比较分析，给出了有关该系统较详细的电场、光谱、相位以及啁啾状况.结果显示，当系统工作在零啁啾附近时，该系统输出的激光脉冲的电场、光谱和相位分布较规则，相位起伏较小；当系统偏离零啁啾状态时，虽然电场和光谱变化不很明显，但相位分布变化剧烈. 关键词： 频率分辨偏振光学开关(PG FROG)法 飞秒激光 自相关     

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.     

飞秒脉冲测量技术

随着飞秒激光技术的发展，飞秒激光脉冲的准确测量已成为非常重要的研究内容。文章在简要概述几种常见测量方法的基础上，着重综述了近年来发展起来的光学频率光栅开关法（FROG）及自参考光谱位相相干电场重建法（SPIDER），并介绍了文章作者进行的相关工作。     

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。     

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.     

用反射式达曼光栅产生飞秒激光双脉冲

采用反射式达曼光栅建立了一种产生飞秒激光双脉冲的新装置.由于采用反射式结构，避免了材料色散和吸收导致的脉冲畸变，并构建了一台二次谐波-频率分辨光学开关装置对产生的双脉冲进行了测量.实验结果表明可以实现脉冲强度相等、时间宽度相同、不同间隔的双脉冲输出.产生双脉冲的装置在飞秒激光领域有着应用的价值. 关键词： 飞秒激光双脉冲 达曼光栅 二次谐波-频率分辨光学开关     

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...     

光学成像法和穿孔法测量飞秒激光焦斑特征

超短超强激光焦斑参数的精确测量是深入开展精密物理实验的前提。在SILEX-Ⅰ激光装置上,采用光学成像法和穿孔法测量了μJ级能量下的激光焦斑特性,采用光学成像方法得到了激光主瓣大小及能量集中度信息,通过穿孔法得到了激光能量透过率与不同大小孔径的关系曲线,并对两种方法得到的测量结果进行了比对研究。研究结果表明,光学焦斑测量法和穿孔法都可以比较准确地反映激光焦斑的能量分布情况,得到的能量分布偏差小于10%。     

双光子自相关测量超短激光脉冲技术的研究

介绍了超短脉冲测量的常用技术,包括二阶自相关法、频率分辨光学开关法、自参考光谱位相相干电场重建法等,提出了一种新的测量方法——双光子自相关测量法,并进行了大量实验,试验表明,利用双光子自相关法能较精确地测量低功率、低重复频率超短脉冲的脉宽。和其他方法相比,试验装置更为简单。     

Amplitude and phase measurement of mid-infrared femtosecond pulses by using cross-correlation frequency-resolved optical gating

We describe a cross-correlation-based frequency-resolved optical gating (XFROG) technique for simultaneously measuring the amplitude and phase of two ultrashort pulses that have different wavelengths but are derived from a common mode-locked oscillator. A measurement is presented in which 4.0-mum mid-IR pulses from a synchronously pumped femtosecond optical parametric oscillator (OPO) are characterized by mixing with the 770-nm OPO pump pulses. Details of the pulse-retrieval algorithm are included, together with examples of pulse data retrieved from the experimentally measured XFROG trace.     

高强度飞秒激光脉冲在空气中的自压缩

利用高重复频率（1kHz）、吉瓦级飞秒激光脉冲实验验证了高强度飞秒脉冲在空气中的自 压缩现象，研究了入射脉冲在不同初始啁啾情况下经空气中聚焦成丝后，时域及频域特性随 入射脉冲能量的变化规律.实验结果表明，在无需后继色散补偿情况下，高强度飞秒脉冲仅 通过在空气中的非线性传输过程就可以实现脉冲压缩；在入射脉冲为负啁啾情况下，实验观 察到脉冲光谱及时域宽度同时得到压缩，并可获得比激光源所能提供的更短的近双曲正割型 变换限脉冲. 关键词： 高强度飞秒激光脉冲 自压缩 自聚焦     

Second-harmonic generation frequency-resolved optical gating analysis of low-intensity shaped femtosecond pulses at 1.55 mum

We illustrate observation and characterization of medium- and low-intensity shaped ultrashort pulses at lambda=1.55mum through single-shot geometry (multishot-average) second-harmonic generation-frequency-resolved optical gating. The pulses are shaped by amplitude filters in the Fourier plane of a compact folded shaper. Sensitivity to pulses with energies of less than 20 pJ and high dynamic range is reported for this configuration. Application of this method to the propagation of ~170-fs pulses through a 50-m fiber link is also illustrated.     

基于高重复频率飞秒激光直写技术制作衍射光栅的研究

基于由光子晶体光纤飞秒激光器产生的高重复频率飞秒激光搭建了飞秒激光微加工系统,利用LabVIEW编写程序精密控制三维移动平台的移动路径和高速快门,在加工功率为1.5W、移动速率为1mm/s时,利用直写技术在无胶铬版上得到了微米量级的任意形状的平面衍射光栅。利用CCD相机对光栅制备过程进行实时监视,保证了光栅的加工质量。制备的光栅在显微镜下观察,条纹边缘清晰、线纹粗细均匀。使用He-Ne激光照射加工的光栅,可以获得清晰、稳定、与理论符合很好的夫琅和费(Frauhofer)衍射图样,显示了所加工的光栅具有良好的光学性能。实验结果也表明了光子晶体光纤飞秒激光在光栅制作过程中所具备的良好的加工性能。     

飞秒强激光脉冲在等离子体中的自压缩

文章从激光等离子体相互作用的非线性薛定谔方程出发,理论研究了飞秒强激光脉冲在等离子体中的自压缩行为.结果表明在一定范围内随着激光脉冲宽度、激光强度的增大以及等离子体密度的减小,飞秒强激光脉冲在等离子体中传播的自压缩现象越明显.另外通过适当设定参量得到了近似稳定传播的基孤子.     

飞秒强激光能量在Ar原子团簇中的沉积

飞秒强激光与团簇的相互作用是一个十分活跃的研究领域, 本文采用一种新的理论模型, 研究了飞秒激光在团簇中的传输的过程, 计算了Ar原子团簇对超强激光能量的吸收, 并通过解析计算连续曲折射程、最大穿透深度和特征时间三个重要的物理参量来重新估算了这一模型的可行性.     

飞秒激光在锥形镀膜探针传输中相位奇异的研究

利用数值模拟的方法对飞秒激光脉冲中光波振荡一个周期内不同时刻的光场进行了计算、比较, 获得了输出端平面内各空间点处光场的最大值及达到最大值时对应的时间, 得到了探针近场的振幅和相位分布. 在研究振幅分布的过程中发现, 在探针输出端的有些区域振幅始终为零, 即在光波振荡的一个周期内这些区域始终为相位奇异点; 通过分析相位分布得到了相位奇异随时间的演化及相位奇异的特点.