關于自相關儀 飛秒脈沖測量儀的原理
發布人:新特光電 時間:2020-01-09 關注:

自相關儀主要被用來測量鎖模激光器的超短脈沖寬度。利用光電探測的方法一般不能測量鎖模激光器的脈沖寬度,光電探測器和示波器的最快響應時間約200fs,然而激光脈沖可以做到幾個飛秒。自相關儀一般利用到的光學非線性效應有:二次諧波產生(SHG)、雙光子吸收(TPA)、以及更高階的非線性效應。Femto Easy自相關儀,將激光的時間量變成空間量,即將時間的測量變成對長度的測量。將脈沖激光用50/50的分光片分成兩束,利用鏡片組在一束光里引入延遲,然后將兩束光合并,讓一束激光對另外一束光進行掃描,使得合并后的激光通過非線性晶體產生非線性效應,或者直接采用雙光子吸收測量,再由示波器進行接收,這樣就可以得到激光脈沖的脈寬信息。

脈沖寬度是脈沖激光器的重要性能指標,利用掃描自相儀可以測量ps和fs的脈沖寬度。隨著激光器的問世脈沖激光器由于峰值功率高而獲得廣泛的應用,目前在化學反應動力學、非線性光學、光域分析、激光加工、激光測距等科技領域都采用脈沖激光器作為光源。脈沖激光器的脈沖寬度已從毫秒和納秒提高到皮秒和飛秒。

關于脈沖激光器脈沖寬度的定義,對于單縱模輸出,其脈沖寬度定義為脈沖高度50%的全脈沖寬度(FWHM);對于多模輸出,其脈沖寬度為最佳擬合包絡脈沖的FWHM。對于一般脈沖激光器,通常可以利用一臺帶寬大于350MHz的示波器,和快速光電二極管(升降時間小于1ns)進行測量。對于ps和fs脈沖激光器,則只能使用條紋相機,或掃描自相關儀進行測量。掃描自相關儀是近十多年來發展的專門用于測量脈沖寬度的新型儀器,具有高分辨率、高靈敏度和使用方便等優點。目前已出現多種型號的自相關儀可用于探測超短光學脈沖的瞬時寬度,提供最佳的靈敏度和分辨率,適于測量鎖模染料或藍寶石激光器的fs脈沖和脈沖半導體激光器或Nd-YAG/YLF激光器的ps脈沖。

利用測量激光的脈沖寬度,整套系統應包括光學系統和用于控制與顯示的計算機系統。自相關儀的光學系統類似于邁克爾遜干涉儀的結構,可以有兩種形式共線的和非共線的。

顯然,調節棱鏡的位置可以使兩束光分別有不同的光程,連續改變棱鏡的位置可以形成一個脈沖序列對另一脈沖序列的掃描,形成相關函數的波形。選擇倍頻晶體的方向使輸入光E(t)和E(t-τ)一兩束光的波矢量都稍偏離相位匹配方向,因而在單獨入射時不產生二次諧波,當兩束光同時入射時因合成矢量滿足相位匹配條件則產生二次信頻其信號與兩束光強的乘積有關,由于倍頻光信號僅與兩束光強度的乘積項有關:

因此所產生的二次諧波,由光電倍增管接收并予記錄。圖所示則是目前應用比較廣泛的非共線相關測法,其中兩光束通過透鏡聚焦于晶體上,其二次諧波通過濾光片和調節光闌為光電倍增管接收并予以記錄。非共線性相關測量法能消除背景光,可以達到較高的測量精度。

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