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。     

双光子开关的自相关函数

本文推导出半导体双光子光电导开关的自相关函数,给出对照比与激光强度的关系.实验测出GaAs在1.06 μm Nd:YAG激光超窄脉冲作用下的双光子自相关函数.     

紫外超短脉冲激光的单次测量

利用瞬态光栅衍射法研制了一台单次频率分辨光学开关激光参数测量仪,可以对脉宽范围在10 ps以内的紫外超短脉冲激光进行单次测量。利用该仪器对重复频率为10 Hz的放电泵浦和单次运行的电子束泵浦KrF准分子激光器的输出脉冲分别进行了单次测量,结果表明：对于放电泵浦,当系统工作在零啁啾附近时,脉冲波形和光谱分布较规则,相位分布起伏较小,当系统偏离零啁啾状态时,脉冲波形和光谱分布不再规则,并且相位分布为抛物线结构;对于单次运行的电子束泵浦,脉冲波形具有多峰结构,光谱具有复杂的调制,脉宽约为2 ps,带宽约为1.3 nm,相位分布为抛物线结构。     

紫外超短脉冲激光的单次测量

 利用瞬态光栅衍射法研制了一台单次频率分辨光学开关激光参数测量仪,可以对脉宽范围在10 ps以内的紫外超短脉冲激光进行单次测量。利用该仪器对重复频率为10 Hz的放电泵浦和单次运行的电子束泵浦KrF准分子激光器的输出脉冲分别进行了单次测量,结果表明：对于放电泵浦,当系统工作在零啁啾附近时,脉冲波形和光谱分布较规则,相位分布起伏较小,当系统偏离零啁啾状态时,脉冲波形和光谱分布不再规则,并且相位分布为抛物线结构;对于单次运行的电子束泵浦,脉冲波形具有多峰结构,光谱具有复杂的调制,脉宽约为2 ps,带宽约为1.3 nm,相位分布为抛物线结构。     

飞秒激光脉冲的谐波频率分辨光学开关法测量研究

建立了一台谐波频率分辨光学开关法(FROG)飞秒脉冲测量装置，利用该装置进行了掺钛蓝宝石飞秒激光脉冲的测量研究.在二次谐波自相关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，所得脉宽与干涉测量的结果基本一致. 关键词： 频率分辨光学开关法(FROG) 迭代计算 飞秒激光 自相关     

自相关法测量激光超短脉冲时域分布的解相关

本文论述一种从典型的自相关法测量得到激光超短脉冲时域分布的有效方法,这种方法不必进行另外的光谱测试及假定脉冲形状。     

利用双光子吸收效应测量激光脉冲的相干时间

研究了利用反向泵浦－探测双光子吸收材料的方法来测量脉冲激光的相干时间，并测量量了２３ｐｓ，５３２ｎｍ Ｎｄ：ＹＡＧ激光脉冲的相干时间。实验和理论分析表明，光束相干作用增加了双光子吸收，利用此方法可测量其它脉宽激光的相干时间。     

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     

高功率超短激光脉冲信噪比的研究

 针对高功率激光系统中信噪比低的问题，基于描述超短脉冲传输的非线性薛定谔方程进行数值模拟，研究了高阶群速度色散、光谱调制及自相位调制对脉冲信噪比的影响；新建立了用于分析光栅平整度对脉冲信噪比的影响的物理模型并进行了相应的模拟，分析了光栅的质量要求或补偿精度。研究表明：对于100 fs的高斯脉冲，要保证信噪比达到10⁸，应将三阶色散量限制在4.8×10⁵ fs³以下，B积分的值应小于0.2，光谱的调制幅度应小于10^-4，光栅平整度应优于λ/100。     

高功率超短激光脉冲信噪比的研究

针对高功率激光系统中信噪比低的问题,基于描述超短脉冲传输的非线性薛定谔方程进行数值模拟,研究了高阶群速度色散、光谱调制及自相位调制对脉冲信噪比的影响;新建立了用于分析光栅平整度对脉冲信噪比的影响的物理模型并进行了相应的模拟,分析了光栅的质量要求或补偿精度。研究表明：对于100 fs的高斯脉冲,要保证信噪比达到108,应将三阶色散量限制在4.8×105 fs3以下,B积分的值应小于0.2,光谱的调制幅度应小于10-4,光栅平整度应优于λ/100。     

Autocorrelation Method to Detect Frequency Shift of a Laser Diode by Short Pulse Irradiation

A new method to investigate fast frequency modulation of a laser diode by applying optical pulse irradiation is presented. The self-delayed heterodyne technique and an autocorrelation method are used to detect beat in the heterodyne signal due to frequency shift by the irradiation. Autocorrelation of the beat signal is suggested to be calculated via its spectrum.     

超短脉冲激光辐照下金属薄膜的热行为

对双温模型的重要热学参量电子热容、电子弛豫时间、电子热导率进行量子化处理，使双温模型能适用于自由电子温度比较高的情况.利用前向差分算法，数值求解了电子-晶格双温双曲两步热传导模型，所得的结果更接近实验值.经过分析得出： 1）薄膜前表面自由电子温度达到最大值的时间约为0.27 ps,得到的损伤阈值与实验值符合较好.2）电子热容对电子温升规律影响非常大.电子热导率对自由电子温升规律也有较大的影响.3）在趋肤层内自由电子温升非常快，不同厚度自由电子温度达到最大值所需的时间延迟不明显.趋肤层以下自由电子温度升高较慢，不同厚度自由电子达到最大值所需的时间延迟明显.     

超短激光脉冲在不同色散参量光子晶体光纤中传输的数值模拟

为了使得数值模拟更为精确,采用广义非线性薛定谔方程(GNSE)描述超短激光脉冲在光子晶体光纤中的传输演化过程,并利用二阶分步傅里叶方法通过求解方程,数值计算了相同脉宽和能量的超短脉冲在不同色散参量的光子晶体光纤中非线性传输和超连续谱的产生。比较了超短脉冲在光纤不同色散区传输时,高阶色散和非线性效应对超连续谱的产生以及对脉冲波形演化的影响。结果表明,相对于超短脉冲中心波长位于光子晶体光纤的正常和反常色散区,可以相应获得短波波段和长波波段的超连续谱输出,当超短脉冲中心波长位于零色散波长点时,通过色散和非线性效应的联合作用,更易于产生全波长段的平坦超连续谱。     

超短强激光脉冲在大气传播中的自聚焦行为

通过建立涉及克尔效应和多光子电离效应的非线性数学模型,利用数值方法研究了超短激光脉冲在大气传播中的聚焦行为。结果表明由自聚焦导致的成丝现象具有间断,而不是一种稳态的模式。每次轴上的成丝都会由于光场损耗减弱,但同时由于克尔效应会使离轴区域的能量间断地补充到光轴上。     

XPW技术在提高超短激光脉冲对比度中的作用

有效提高激光脉冲对比度是推动超短超强激光技术发展的一个关键问题。交叉偏振波（XPW）滤波技术基于非线性晶体的三阶非线性特性,可显著提高超短激光脉冲对比度。结合国际上有关XPW滤波技术研究的最新进展,介绍了XPW滤波特性及实验研究结果。最新研究结果表明,采用这种技术可以将超短激光脉冲对比度提高4个量级。内部转换效率提高到50％。     

Pulse‐shape instabilities and their measurement

Multi‐shot pulse‐shape measurements of trains of ultrashort pulses with unstable pulse shapes are studied. Measurement techniques considered include spectral‐phase interferometry for direct electric‐field reconstruction (SPIDER), second harmonic generation frequency‐resolved optical gating (FROG), polarization gate FROG, and cross‐correlation FROG. An analytical calculation and simulations show that SPIDER cannot see unstable pulse‐shape components and only measures the coherent artifact. Further, the presence of this instability cannot be distinguished from benign misalignment effects in SPIDER. FROG methods yield a better, although necessarily rough, estimate of the pulse shape and also indicate instability by exhibiting disagreement between measured and retrieved traces. Only good agreement between measured and retrieved FROG traces or 100% SPIDER fringe visibility guarantees a stable pulse train.