超快激光泵浦-探測(cè)中光學(xué)相位延遲的測(cè)量原理研究.pdf

1、光學(xué)相位測(cè)量方法作為一種高精度測(cè)量技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于科學(xué)工程的諸多領(lǐng)域。為了在飛秒激光泵浦-探測(cè)(Pump-probe)的超快測(cè)量中對(duì)探針光時(shí)間延遲量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)與有效控制，本文將現(xiàn)有其他領(lǐng)域較為成熟的光學(xué)相位干涉測(cè)量技術(shù)引入超快泵浦探測(cè)過(guò)程中，提出了一套自我設(shè)計(jì)的四路同步移相干涉光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)。.
　　 本文從理論計(jì)算、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證三個(gè)方面對(duì)該測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了分析：
　　 1.介紹了干涉測(cè)量技術(shù)的各種理論，包括傅立葉

2、變換相位測(cè)量理論、傳統(tǒng)時(shí)域移相干涉測(cè)量理論、偏振移相干涉測(cè)量理論和同步移相測(cè)量理論。并給出了同步移相測(cè)量方案的三套典型系統(tǒng)：泰曼-格林干涉儀的Symthe系統(tǒng)、基于棱鏡分光偏振組移相的同步移相測(cè)量系統(tǒng)和基于光柵分光偏振片組移相的同步移相測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)該三套系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要描述和比較，給出了各自優(yōu)缺點(diǎn)?；谕揭葡嘞到y(tǒng)自身優(yōu)良的抗震性能，本論文決定選擇同步移相測(cè)量技術(shù)作為超快實(shí)驗(yàn)中探針光時(shí)間延遲量的主導(dǎo)方案。
　　 2.應(yīng)用瓊斯理論對(duì)

3、設(shè)計(jì)的光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了計(jì)算，推導(dǎo)出同步移相干涉系統(tǒng)各幀干涉圖相應(yīng)點(diǎn)的光強(qiáng)表達(dá)式，確定了相鄰干涉圖之間的相移步長(zhǎng)，并給出了相位延遲量測(cè)量的解析表達(dá)式。最后，對(duì)光學(xué)系統(tǒng)在檢測(cè)中可能存在的誤差進(jìn)行了計(jì)算分析，結(jié)果表明，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不僅能滿足超快Pump-probe精度的基本要求，而且優(yōu)于目前同步移相干涉測(cè)量的光學(xué)設(shè)計(jì)，對(duì)于800nm中心波長(zhǎng)的探針光在理論上可達(dá)阿秒級(jí)的時(shí)間分辨率。
　　 3.對(duì)該光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分析。利用He

4、-Ne激光光源搭建了相位差測(cè)量系統(tǒng)，包括光源部分、分光移相系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，并詳細(xì)給出了測(cè)量系統(tǒng)各部分的具體參數(shù)。系統(tǒng)中分光移相部分采用了波面干涉測(cè)量技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛的泰曼-格林干涉儀的設(shè)計(jì)思路，分光和移相同步進(jìn)行，該設(shè)計(jì)可有效減少移相器件組在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中帶來(lái)的器件誤差。計(jì)算機(jī)處理部分主要為實(shí)驗(yàn)室編寫的干涉圖樣分析軟件，功能包括干涉圖樣位置校準(zhǔn)、像素點(diǎn)的相位測(cè)量計(jì)算、選定區(qū)域的相位平均值計(jì)算、相位與延遲時(shí)間互相轉(zhuǎn)換和數(shù)