超短脈沖測量-干涉自相關(guān)儀
什么是干涉測量自相關(guān)儀
干涉自相關(guān)分析測量這一獨特技術(shù)被廣泛應用于鎖模激光器超短脈沖的診斷。超短脈沖時(shí)間寬度一般從幾fs到幾個(gè)ps，脈沖可能會(huì )有相位調制，因此有些脈沖可能沒(méi)有帶寬限制。不同于強度自相關(guān)儀（也被廣泛用于測量脈沖寬度），干涉自相關(guān)儀則會(huì )提供更多關(guān)于相位調制的信息。盡管這些信息不能處理得出完成的相位時(shí)間依賴(lài)，但是它的相位信息對于激光系統使用者可以提供非常重要的參考價(jià)值。
典型情況下，干涉自相關(guān)儀將光束分為兩束激光。兩束光沿不同的路徑，這兩束路徑的差異被一個(gè)自由空間電機控制。最終有相對延遲的兩個(gè)脈沖被合成一束光進(jìn)入非線(xiàn)性頻率轉換晶體中。這里可能是二次諧波效應SHG，雙光子吸收效應，或者其他手段。因此光電探測器中的響應與兩束光強振幅之和的平方成比例關(guān)系。用X軸表示時(shí)間延遲，Y軸表示振幅。對一個(gè)有高斯型帶寬限制的脈沖而言，其干涉自相關(guān)可做分析如下：
其中t是兩束光的時(shí)間延遲，w是脈沖的帶寬的平方根（強度半高全寬）。f是光學(xué)載波的頻率。
干涉自相關(guān)儀的特點(diǎn)
方程1的具體意義：第一項是常數偏移；第二是表示強度自相關(guān)；第三第四項代表干涉并同時(shí)包含強度自相關(guān)包絡(luò )。干涉自相關(guān)儀最大可測振幅是8，最小則接近于0。時(shí)間延遲外面的部分重疊干涉自相關(guān)儀加入常數項1.左下圖是沒(méi)有相位調制的800nm、50fs高斯型脈沖干涉自相關(guān)測試，右側是相應的強度自相關(guān)測試。
注意兩個(gè)脈沖測試結果的半高全寬是不同的。如果我們想從強度自相關(guān)測試圖中估算出脈沖寬度，則需要在其半高全寬的基礎上除以1.4142，得出的脈寬結果為50.01fs，幾乎完美接近光源的脈沖寬度。如果從干涉自相關(guān)測試圖中估算脈沖寬度，則需要在其半高全寬基礎上除以1.5331，得到48.82的脈沖寬度。（注意干涉自相關(guān)測試低估了脈沖寬度，因為需要計算干涉自相關(guān)的包絡(luò )，而舉例中的脈沖寬度是根據干涉自相關(guān)條紋譜得出的）
現在我們討論一下在相位調制情況下的脈沖。如上所述相干自相關(guān)測試對相位調制很敏感。它的形貌會(huì )隨著(zhù)不同形式的調制而改變。左下圖是一個(gè)800nm，50fs脈寬的干涉測試信號。注意強度自相關(guān)基本是和相位調制無(wú)關(guān)的，而干涉自相關(guān)測試情況則會(huì )隨著(zhù)相位調制發(fā)生明顯的變化。
總結
從這些例子中可以明顯看出，干涉自相關(guān)不適合作為源數據用來(lái)估算測量信號的脈沖寬度。
二階啁啾
要從干涉自相關(guān)測試中預估脈沖寬度，我們需要移除公式1中的1、3、4項。可以通過(guò)平均干涉自相關(guān)測試數據，利用傅里葉算法達到這個(gè)目的。而利用這種從干涉自相關(guān)測試提取強度自相關(guān)的方法，我們可以測量經(jīng)過(guò)各種相位調制過(guò)的脈沖寬度。
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