二次谐波频率分辨光学快门法测量超短脉冲

论文摘要

飞秒激光脉冲具有高功率、超短脉冲持续时间的特性,被广泛应用于物理、化学、生物和大气探测等领域,因而如何表征飞秒脉冲成为当前比较重要的课题。目前,测量超短脉冲的方法主要有频率分辨光学快门法(FROG)和光谱位相相干直接电场重构法(SPIDER)。FROG和SPIDER测量方法的优点是都可以直接从测量所得数据中重构出飞秒脉冲的振幅和相位信息。本文介绍了SPIDER和FROG测量超短脉冲的基本原理,数值模拟了SPIDER和二次谐波频率分辨光学快门法(SHG FROG)测量超短脉冲相位和强度,搭建了SHG FROG测量装置,实验测得钛宝石飞秒激光系统(Coherent Inc.)输出的超短脉冲的FROG描迹图,并用FROG重构程序反演出飞秒脉冲的相位和强度分布。主要工作包括以下几个方面:1.根据SPIDER实验原理和算法导出一种离散型的相位表达式,数值模拟SPIDER测量超短脉冲相位,使用离散型相位表达式重构出脉冲相位信息。2.详细讨论了FROG测量原理、算法,着重讨论了二次谐波频率分辨光学快门法(SHG FROG)的实验原理和算法,并数值模拟SHG FROG测量超短脉冲的强度和相位。3.讨论了实验装置中的时间延迟线原理,并制作一套延迟装置,讨论了BBO的透射率以及非线性效率,选择BBO作为实验倍频晶体,介绍了光谱仪的基本特点,使用光谱仪采集SHG FROG信号。4.搭建了SHG FROG测量超短脉冲系统,并用它测量钛宝石飞秒激光系统输出的时域带宽120fs左右、中心波长在800nm附近的超短脉冲,生成SHG FROG描迹图,最终重构出超短脉冲的强度、相位信息。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 超短脉冲的发展和应用
• 1.2.1 超短脉冲的发展
• 1.2.2 超短脉冲的应用
• 1.3 超短脉冲测量技术的发展
• 1.4 本课题介绍
• 1.4.1 本课题研究意义和目的
• 1.4.2 主要研究内容
• 第2章 SPIDER 测量超短脉冲的理论研究
• 2.1 飞秒脉冲激光概述
• 2.1.1 飞秒脉冲的产生
• 2.1.2 飞秒脉冲的特征量
• 2.2 SPIDER 测量超短脉冲原理
• 2.2.1 SPIDER 测量超短脉冲实验原理
• 2.2.2 SPIDER 算法
• 2.2.3 模拟SPIDER 测量超短脉冲
• 2.3 本章小结
• 第3章 FROG 测量超短脉冲的理论研究
• 3.1 引言
• 3.2 FROG 原理
• 3.2.1 FROG 实验原理
• 3.2.2 FROG 算法
• 3.2.3 常见几种FROG
• 3.3 SHG FROG
• 3.3.1 SHG FROG 的缺陷与解决方案
• 3.3.2 SHG FROG 数值模拟
• 3.4 小结
• 第4章 实验研究SHG FROG 法测量超短脉冲
• 4.1 引言
• 4.2 SHG FROG 实验装置
• 4.2.1 时间延迟线
• 4.2.2 数据采集
• 4.2.3 非线性晶体
• 4.3 实验结果
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢