基于譜相干的飛秒脈沖電場重構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、從20世紀(jì)60年代梅曼發(fā)明紅寶石激光器開始，人們一直致力于激光技術(shù)的改進(jìn)，從連續(xù)激光到調(diào)Q激光再到基于鎖模技術(shù)的皮秒、飛秒激光[1]，激光的脈沖寬度變得越來越窄，峰值功率越來越高，其在科學(xué)實驗及生產(chǎn)中的應(yīng)用也變得越來越廣.作為一個基礎(chǔ)性的工作，對于激光脈沖尤其是皮秒、飛秒激光，如何測量其脈沖寬度及相位成為激光應(yīng)用首先要解決的問題。對于納紗量級的激光脈沖，僅用示波器就可以測定其脈沖的寬度，而對于皮秒或飛秒量級的脈沖，電子的示波器由于響應(yīng)速

2、度不夠快，無法測量其脈沖寬度，條紋相機(jī)或是改進(jìn)的條紋相機(jī)雖然可以測量其脈寬，但是條紋相機(jī)本身的價格十分昂貴，無法普及.事實上，科學(xué)家先后提出三種更為常見的超短脈沖脈寬及相位測量方法：自相關(guān)法(AC)、頻率分辨光學(xué)開關(guān)法(FROG)、基于譜相干的脈沖電場重構(gòu)法(SPIDER).本文所采用的方法是基于譜相干的脈沖電場重構(gòu)法.利用頻率上具有一定側(cè)切量的兩束脈沖進(jìn)行干涉，對干涉譜中所包含的相位信息通過傅里葉變換及相位積分或級聯(lián)的方法對相位進(jìn)行重

3、構(gòu)，在此基礎(chǔ)上，再結(jié)合原始脈沖頻譜對脈沖在脈沖的脈寬進(jìn)行重構(gòu).
　　本文主要的研究內(nèi)容如下：
　　研究了飛秒激光脈沖線性自相關(guān)、強(qiáng)度自相關(guān)及譜相干的聯(lián)系與區(qū)別，初步論證了譜相干技術(shù)應(yīng)用于飛秒激光脈沖脈寬及相位測量中的可行性,完整給出了相位級聯(lián)重構(gòu)法的原理及優(yōu)化方法.
　　研究了側(cè)切量的引入對于譜相干干涉譜的影響，采用數(shù)值模擬的方式定量描述了側(cè)切量對于時域干涉信息分布的影響，針對時域干涉信息分布圖，給出了合理的矩形及高斯

4、濾波函數(shù)選取方法.討論了BBO晶體不同類型的相位匹配對于側(cè)切干涉譜及非側(cè)切干涉譜匹配帶寬的影響，確定了BBO晶體匹配類型及厚度等參數(shù),針對實驗對展寬脈沖脈寬的要求，計算并確定了光柵對的參數(shù).
　　研究了二次脈寬及相位重構(gòu)的可行性，通過比對分析，得出關(guān)于二次脈寬及相位重構(gòu)法的一般性結(jié)論.討論了相位重構(gòu)過程中相位解纏繞與側(cè)切非側(cè)切干涉相位信息整合先后順序?qū)τ谙辔恢貥?gòu)的影響.數(shù)值模擬表明，相位解纏繞與側(cè)切非側(cè)切干涉譜相位信息整合先后順序

5、對于相位的重構(gòu)結(jié)果有較大的影響，而基于重構(gòu)的相對所得到的相位余弦隨頻率變化圖是一致的.
　　提出了對SPIDER的改進(jìn)方案,對近十年來以減少測量誤差、提高測量效率為目的的實驗方案進(jìn)行簡單的介紹.
　　本文基于自主搭建的SPIDER實驗裝置，對本實驗室中現(xiàn)有飛秒激光進(jìn)行脈沖寬度及相位的測量，通過光譜的采集及Labview程序處理，重構(gòu)了得到39fs的脈沖寬度及相對相位隨頻率變化曲線，所重構(gòu)的相對相位與實際相符，而脈寬則與實驗室