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     

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80 mm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. 关键词： 光谱相位相干直接电场重构法 飞秒脉冲测量 波长     

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. 关键词： 光谱相位相干直接电场重构法 飞秒脉冲测量 超快信息光学     

用SPIDER法重构飞秒脉冲位相中参数的选择

为了更精确地测量飞秒脉冲特性以满足其不断拓宽的应用，基于光谱相位相干直接电场重构法（SPIDER）测量飞秒激光脉冲的基本原理和重构相位的反演算法，数值模拟了SPIDER重构飞秒脉冲相位的过程，分析了时间延迟τ、光谱剪切量Ω及滤波窗口宽度的选取原则。以宽度约为20fs的高斯型线性啁啾脉冲为例，通过选取不同的时间延迟τ和光谱剪切量Ω重构脉冲的相位，发现重构位相曲线与原输入脉冲位相曲线最接近时，时间延迟τ约为1210fs,相对光谱剪切量Ω/Δω约为9%，滤波窗口宽度约为τ/3。     

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. 关键词： 光谱相位相干直接电场重构法 飞秒脉冲测量 超快信息光学     

单脉冲飞秒激光时域参数测量技术研究

钛宝石飞秒激光放大系统具有重复频率低、脉冲波形复杂等特点,为准确测量其峰值功率,提出对单次脉冲波形和脉冲宽度测量的需求。介绍了单脉冲飞秒激光时域波形和脉冲宽度的测量原理和测量方法,设计了基于频率分辨光学开关法的单脉冲飞秒激光时域参数测量装置。讨论了单脉冲飞秒激光时域参数测量校准面临的问题及解决方法。     

超短激光脉冲波形的单次测量技术

提出了一种测量单次超短激光脉冲波形的三阶相关技术.该技术有别于频率分辨光开关法或自参考光谱相位相干电场重构法,技术上采用级联的方式,借助倍频晶体以及和频晶体的非共线频率转换,将双延迟的三阶强度相关信号转换为对应的二维空间强度分布,通过测量双延迟的二维三阶相关信号,无需测量光谱信息,利用解析方法获得脉冲的时间波形;再将它与对应的光谱相结合,利用Gerchberg-Saxton算法,可以准确获得激光场强的时间特性.该测量技术结构简单、算法简便,既适用于单次超快激光脉冲测量,也适用于高重频测量.     

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。     

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     

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。     

用SPIDER法测量超宽带钛宝石振荡器的激光脉宽研究

用SPIDER方法测量了超宽带钛宝石振荡器输出激光的脉宽，得到7.86 fs的测量结果，这是目前国内所报道的仅用啁啾镜补偿色散、直接从振荡器输出的最短激光脉冲.简要介绍了振荡器的基本结构和SPIDER方法测量装置，并对计算得到的光谱相位进行了讨论和分析.     

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.     

用SPIDER法测量飞秒激光脉冲的光谱相位

介绍了用SPIDER测量光谱相位的实验装置和模拟计算飞秒激光特性参数的原理；提出了Ω 和τ等重要参数的确定方法.实验上用自建的SPIDER进行了掺钛蓝宝石飞秒振荡器输出脉 冲的相位测量，并以此为基础还原出了原输入脉冲的时域形式，模合计算所得的脉宽为107 fs，与利用二次相关法直接测量的结果十分一致. 关键词： 飞秒激光 SPIDER 光谱相位 光谱相干     

Coherent artifact in modern pulse measurements

We simulate multishot intensity-and-phase measurements of unstable trains of complex ultrashort pulses using second-harmonic-generation (SHG) frequency-resolved optical gating (FROG) and spectral-phase interferometry for direct electric-field reconstruction (SPIDER). Both techniques fail to see the pulse structure. But FROG yields the correct average pulse duration and suggests the instability by exhibiting significant disagreement between measured and retrieved traces. SPIDER retrieves the correct average spectral phase but significantly underestimates the average pulse duration. In short, SPIDER measures only the coherent artifact. An analytical calculation confirms this last fact.     

The criterion of pulse reconstruction quality based on Wigner representation

We propose a new criterion for the assessment of ultrashort pulse reconstruction quality. Our idea is based on the use of a two-dimensional Wigner representation of the electric field. This allows introducing a single measure to represent the quality of both phase and amplitude retrieval. The new criterion is employed to examine two contemporary pulse characterization techniques: FROG (Frequency Resolved Optical Gating) and SPIDER (Spectral Interferometry for Direct Electric-field Reconstruction). For SPIDER, the influence of reference pulse stretching on the quality of phase extraction is investigated. Next, we ascertain the limitations in the use of a Fabri-Perrot etalon in the SPIDER apparatus for producing delayed pulse replicas. For the FROG technique we examine the impact of the doubling crystal orientation on the quality of the amplitude-phase retrieval of sub-5-fs pulses. The introduced criterion is also applied to study the respective sensitivity of FROG and SPIDERto the limited phase-matching bandwidth of the non-linear medium and detector noise.     

脉宽对超快激光平衡光学互相关测距影响的研究

采用基于平衡光学互相关的超快激光绝对距离测量方法对大气中一段15m的空间距离进行了测量。仿真了不同脉冲宽度、不同光强损耗对平衡互相关信号的影响,理论分析表明脉宽展宽对平衡互相关信号影响较大。采用中心波长为1037nm、重复频率为260MHz的超快激光器光源,搭建了测距系统。实验验证了在脉宽分别为1.44ps、132fs时,对平衡互相关信号的影响,实验结果符合理论分析。研究了不同脉冲宽度对测量分辨力的影响,结果显示,采样时间为5ms,脉宽为1.44ps,测量分辨力不低于50μm;而当脉宽为132fs时,测量分辨力优于5μm。     

飞焦级脉冲激光能量测量方法研究

为解决1 fJ～1 pJ脉冲激光能量的测量问题,提出了一种基于时域波形积分的飞焦级脉冲激光能量测量方法。该方法采用光电倍增管（PMT）获得飞焦级脉冲激光的响应信号,该微弱响应信号经放大、校准与激光脉冲时域波形积分后实现飞焦级脉冲激光能量测量。根据该方法设计了飞焦级脉冲激光能量测量装置,并分析了该装置的测量不确定度。实验表明,该装置实现了波长1 064 nm、脉冲宽度5 ns～1 s、能量范围1 fJ～1 pJ的脉冲激光光源的能量测量,测量不确定度为15.8%。