什么是干涉測量自相關儀
干涉自相關分析測量這一*技術被廣泛應用于鎖模激光器超短脈沖的診斷。超短脈沖時間寬度一般從幾fs到幾個ps,脈沖可能會有相位調制,因此有些脈沖可能沒有帶寬限制。不同于強度自相關儀(也被廣泛用于測量脈沖寬度),干涉自相關儀則會提供更多關于相位調制的信息。盡管這些信息不能處理得出完成的相位時間依賴,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值。
典型情況下,干涉自相關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自由空間電機控制。終有相對延遲的兩個脈沖被合成一束光進入非線性頻率轉換晶體中。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系。用X軸表示時間延遲,Y軸表示振幅。對一個有高斯型帶寬限制的脈沖而言,其干涉自相關可做分析如下:
其中t是兩束光的時間延遲,w是脈沖的帶寬的平方根(強度半高全寬)。f是光學載波的頻率。
干涉自相關儀的特點
方程1的具體意義:項是常數偏移;第二是表示強度自相關;第三第四項代表干涉并同時包含強度自相關包絡。干涉自相關儀大可測振幅是8,小則接近于0。時間延遲外面的部分重疊干涉自相關儀加入常數項1.左下圖是沒有相位調制的800nm、50fs高斯型脈沖干涉自相關測試,右側是相應的強度自相關測試。
注意兩個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。(注意干涉自相關測試低估了脈沖寬度,因為需要計算干涉自相關的包絡,而舉例中的脈沖寬度是根據干涉自相關條紋譜得出的)
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測試對相位調制很敏感。它的形貌會隨著不同形式的調制而改變。左下圖是一個800nm,50fs脈寬的干涉測試信號。注意強度自相關基本是和相位調制無關的,而干涉自相關測試情況則會隨著相位調制發生明顯的變化。
總結
從這些例子中可以明顯看出,干涉自相關不適合作為源數據用來估算測量信號的脈沖寬度。
二階啁啾
要從干涉自相關測試中預估脈沖寬度,我們需要移除公式1中的1、3、4項。可以通過平均干涉自相關測試數據,利用傅里葉算法達到這個目的。而利用這種從干涉自相關測試提取強度自相關的方法,我們可以測量經過各種相位調制過的脈沖寬度。
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