论文部分内容阅读
超短光脉冲在光学微构造、超快光学、光通信等领域有重要应用,受到世界各国的高度重视,从而获得了迅速的发展。在超短光脉冲领域中,光脉冲的测量与其产生技术同等重要,一直备受关注。强度相关测量是公认的一种超短光脉冲测量方法,但是,仅用强度相关测量无法获得光脉冲的相位信息。最近发展的频率分辨光学开关法把实验数据和科学的算法相结合,能够同时给出待测脉冲的强度和相位信息。
本论文结合国内外在超短光脉冲测量的研究进展和本实验室的条件,选取了频率分辨光学开关法作为研究课题,主要进行了以下几个方面的研究,并取得了一定的创新结果:
1.阐述了频率分辨光学开关法的基本原理,根据前端光路的不同对频率分辨光学开关法进行了分类:偏正频率分辨光学开关(PG-FROG),自衍射频率分辨光学开关(SD-FROG),二次谐波频率分辨光学开关(SHG-FROG),三次谐波频率分辨光学开关(THG-FROG)。并且,对比分析了各种类型频率分辨光学开关测量方法的优缺点,给出了它们的适用范围。
2.对比分析了频率分辨光学开关恢复算法中的香草算法、广义投影算法和广义主元素投影算法的基本过程。特别详细地讨论了香草算法和广义主元素投影算法。通过数值模拟一系列已知脉冲的还原过程,比较了这两种算法的优劣程度。通过对比得出了香草算法适用范围具有一定局限性,用于SHG-FROG时容易受到初始猜测值的影响,不恰当的初始猜测值会使脉冲恢复失败。而广义主元素投影算法对于SHG-FROG更为适用,它能正确地还原出待测脉冲的全部信息。
3.介绍了二次谐波自相关测量方法的基本工作原理,利用基本光学组件搭建了一台自相关仪。总结了自相关仪的最优光路调节方法,并给出了所研制的自相关仪可以达到的技术指标和基本参数。组建了自相关仪的光电信号转换系统,用该系统可以将光脉冲的自相关信号方便地存贮在个人电脑中,并最终得以显示。利用该自相关仪及光电信号转换系统成功检测了全正色散锁模光纤激光器的输出脉冲(半高全宽50ps)。
4.用自制二次谐波自相关仪和光谱仪采集了被测脉冲在不同时间延迟下所对应的光谱成分(FROG迹线)。并给出了对FROG迹线进一步的处理步骤:包括噪声的抑制、数据点的重采样、以及将数据从波长域转换到频域。最后,将处理后的FROG迹线代入到广义主元素投影算法中,还原出被测脉冲的半宽为40ps,并且具有较强的正啁啾。