超短激光脈沖的振幅和相位特性

借助此應用套件，可以按時間函數監控激光脈沖的光譜曲線。此技術被稱為頻率分辨光學控制 (FROG)，此為可用于各種實驗幾何形狀的通用技術。該套件重點關注兩種幾何形狀：放大系統的自衍射 (SD FROG) 和振蕩器的二次諧波（SHG FROG）。

• 超短脈沖的測量

• 自衍射 FROG 和二次諧波 FROG

• 所有部件均經過選擇和測試，可以配合使用

特征：

變換限制超短激光脈沖

根據時間帶寬不確定性原理，超短激光脈沖攜帶大量帶寬。如果落在激光脈沖帶寬內的光譜分量是時間重合的（圖 1.1），則稱該脈沖處于其變換限制。變換限制脈沖意味著脈沖持續時間小。

Figure 1.1: The temporal relationship between selected Fourier components of a transform-limited pulse.

測量啁啾脈沖

材料特性（如色散）改變了光的光譜分量之間的（相位）關系，從而有效地在時間上分離脈沖的藍色和紅色分量（圖 1.2）。這種效應稱為啁啾，對于超短脈沖，該效應用于在時間上延長脈沖。雖然自相關可以測量超短脈沖的持續時間，但是它不能表征不同光譜分量之間的相位關系。其主要原因是自相關器使用單個元件光電探測器在脈沖的光譜曲線上進行有效積分。

Figure 1.2: The temporal relationship between selected Fourier components of a positively chirped pulse.

頻率分辨光學開關 (FROG)

幸運的是，存在監測脈沖光譜形狀隨時間變化的技術。利用這些技術，可以對電場進行完整重建。在這些技術中，頻率分辨光學開關 (FROG) 可能是直接和容易實施的。如之前所述，利用 FROG 可以對輸入場進行全相位恢復，而不會出現像自相關那樣的不確定性。應用說明 33 介紹了一種簡單、低色散、易于使用的通用 FROG 裝置，該裝置可以在 Newport 慢掃描自相關儀平臺（如應用說明 27 中所述）上輕松實現。

自衍射 FROG 幾何形狀

自衍射 FROG (SD FROG) 幾何形狀是為放大系統提供的。SD FROG 軌跡提供了脈沖（例如保留時間的方向）的直觀圖像，這是用于實時激光對準的十分理想的功能。此外，該幾何結構與慢掃描自相關儀相同，非線性介質均為薄片玻璃（小于 200 µm），因此具有高并且可以直接實現。缺點是 SD FROG 需要大多數超快振蕩器無法提供的相對較高的峰值功率，因此其使用受限。

Diagram of SD FROG Setup

二次諧波 FROG 幾何形狀

二次諧波 FROG (SHG FROG) 幾何形狀是超快振蕩器的可行的選擇。SHG FROG 只是一個光譜分辨自相關器。雖然在測量中丟失了光譜相位的符號，但是可以使用高效算法推導出光譜相位的次序和數量級，如果需要，還可以通過執行額外的測量來確定光譜相位的符號。（Rick Trebino，“頻率分辨光學控制：超快激光脈沖測量"，Norwell，MA，Kluwer 學術出版社 (2000)）

Diagram of SHG FROG Setup

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