超短脈沖的包絡(luò)和載波相位的測(cè)量及應(yīng)用研究.pdf

1、近年來，飛秒、阿秒激光技術(shù)的迅速發(fā)展，為人們研究光與物質(zhì)間的超快相互作用、探索在原子內(nèi)部和外部電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律提供了高時(shí)間分辨率和高功率的強(qiáng)有力的工具?，F(xiàn)在，人們已能在可見光區(qū)產(chǎn)生接近理論極限的1．5個(gè)周期、脈寬達(dá)3．4飛秒的脈沖光。少周期光脈沖的產(chǎn)生及其飛秒時(shí)標(biāo)、阿秒脈沖產(chǎn)生等研究引起了人們?cè)絹碓綕夂竦呐d趣。這些研究和應(yīng)用都和脈沖的包絡(luò)和載波相位的測(cè)量與控制密切相關(guān)。因此，超短脈沖光譜相位成為飛秒和阿秒技術(shù)中的重要課題。 本論文通

2、過對(duì)國(guó)際上的一種主流的超短脈沖光譜相位相干直接電場(chǎng)重構(gòu)技術(shù)(即SPIDER方法)進(jìn)行了較深入的分析討論，提出了一個(gè)新的測(cè)量方法，并得到了可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證，使得該方法成為超短光脈沖包絡(luò)和相位信息的簡(jiǎn)便、實(shí)時(shí)快速而準(zhǔn)確的測(cè)量手段。同時(shí)還發(fā)展了另一種二次諧波一頻率分辨光學(xué)閘門技術(shù)(即FROG方法)，并用于對(duì)本實(shí)驗(yàn)室研制的飛秒激光器輸出脈沖的振幅與相位進(jìn)行診斷和壓縮，獲得當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)最好的實(shí)驗(yàn)成果。綜合來說，本論文取得了下列四項(xiàng)具有創(chuàng)新性的研究成

3、果： (1)提出一種測(cè)量超短光譜相位信息的新技術(shù)，稱為無干涉條紋頻譜位相相干直接電場(chǎng)重構(gòu)法(Fringe Free Spectral Phase Interferometry for DirectE1ectrical-field Recorlstruction，簡(jiǎn)稱FF-SPIDER方法)。該方法在原理上發(fā)展自脈沖重構(gòu)理論，在技術(shù)上改進(jìn)了國(guó)際上的主流SPIDER方法，消除其測(cè)量之相干頻譜多干涉條紋以及傅立葉變換濾波的弊端，降低測(cè)

4、量?jī)x器的分辨率要求即可實(shí)現(xiàn)超短光脈沖包絡(luò)和相位信息的高精度、簡(jiǎn)便、實(shí)時(shí)、快速而且準(zhǔn)確的測(cè)量。并據(jù)此自行研制的FF-SPI：DER方法測(cè)量?jī)x測(cè)量性能優(yōu)越，申請(qǐng)了國(guó)家發(fā)明專利。 (2)給出了FF-SPIDER方法可高效測(cè)量脈沖的實(shí)驗(yàn)證明。通過實(shí)驗(yàn)裝置以及測(cè)量結(jié)果的比較，得到該方法對(duì)比傳統(tǒng)方法有更多的優(yōu)越性：在測(cè)量全過程能保留待測(cè)脈沖初相位原型，排除分束片對(duì)帶寬的影響以及外部色散的引入，適用于寬頻帶的亞十飛秒脈沖測(cè)量；可根據(jù)需要自由選

5、擇頻譜剪切量，測(cè)量簡(jiǎn)便；可通過直接簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)計(jì)算求解得目標(biāo)位相差，提高了效率的同時(shí)減少了復(fù)雜運(yùn)算所引入的系統(tǒng)誤差。并且根據(jù)脈沖重構(gòu)理論，在技術(shù)原理和測(cè)量方法上分析零延時(shí)直接電場(chǎng)重構(gòu)法所存在的歧義性問題，提出了通過各頻率載波成分間的初相位差補(bǔ)償以正確地確定脈沖光譜相位差的極性的有效解決方案。 (3)發(fā)展了FROG方法的脈沖重構(gòu)理論，論證了該方法與SPIDER方法在原理上的互通性，并提出一種基于SHG-FROG方法的新型矩

6、陣迭代算法，該算法利用矩陣的奇異值分解編寫成計(jì)算機(jī)軟件，成功地測(cè)量了本實(shí)驗(yàn)室自行研制的克爾透鏡鎖模(KLM)鈦寶石激光器所產(chǎn)生的飛秒脈沖的啁啾情況，并進(jìn)行了適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償，從而獲得轉(zhuǎn)換極限亞十飛秒脈沖，是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)最窄的記錄。 (4)提出了一種診斷光束波陣面位相畸變的方案；該方案制作成一套相位差穩(wěn)定自動(dòng)控制系統(tǒng)，控制基頻光、倍頻光在全光孔徑干涉光場(chǎng)內(nèi)的等相面保持一致，成功應(yīng)用于A1GaAs/GaAs多量子阱相干控制光電流實(shí)驗(yàn)中，得到了