飞秒(fs)脉冲测量
通常采用扫描自相关仪来测量飞秒脉冲宽度。传统的自相关仪一般采用单向位移扫描方式, 即采用电动机带动反射镜在一维方向移动;也有采用往返振动扫描方式, 即用一扬声器带动反射镜在一维方向发生振动提供时延。随着自相关测量方法的不断改进, 目前多数采用旋转位移扫描方式, 即采用电动机带动一石英块转动, 根据光束在石英块中传播的路径不等, 给两臂光束提供时延。采用这种方式克服了单向位移扫描的间断测量问题, 也避免了往返振动扫描的非线性时延, 能够周而复始地线性实时读出显示, 并具有良好的稳定性。
利用自相关仪测量激光的脉冲宽度, 整套系统应包括光学系统和用于控制和显示的计算机系统。强度自相关仪的光学系统类似于迈克尔逊干涉仪的结构, 如下图 所示。下图 (a) 为共线型相关测量法, 入射光脉冲经分束片分为两束光, 然后分别经两棱镜反射后再次共轴输出。下图 (b) 为非共线相关测量法, 通过调节棱镜的位置可以改变两束光的光程, 选择倍频晶体的方向使两束光都偏离相位匹配方向,从而在单独入射时不产生二次谐波。当两束光同时入射时因合成波矢量满足相位匹配条件而产生倍频, 倍频光信号S (S) 仅与两束光信号的乘积项有关, 即
相关函数S (S) 波形的半宽度的时间间隔即为脉冲宽度。根据激光脉冲宽度的定义, 如果将自相关仪接入示波器, 在屏幕上显示出自相关曲线的波形,按设定的示波器时间基A, 可以读出其半宽度格值X , 而其实际值必须考虑定标因子T t (p) , 即X ·(T ö t)。这里T 为延迟时间, t 为扫描时间。T (t)对于不同类型的仪器是不同的, 具体参见仪器的说明书。最后, 实际的脉冲宽度还要考虑激光脉冲的波形系数: 高斯型、双曲线正割型、单边指数型, 其变换系数分别为0. 707、0. 648、0. 5。也就是说, 如果是高斯型脉冲, 则其实际脉冲宽度为0. 707X (T) a。上述测试控制和计算完全可以由计算机系统实现。
目前有多种型号的自相关仪可用于飞秒激光脉冲宽度的测量。这些自相关仪有国内生产的产品, 也有国外进口的产品。MesaPhotonics的自相关仪其测试脉冲宽度的分辨率可达到1fs, 波长范围从700～ 1350nm或者1200~2100nm ,扫描范围从几十飞秒到60皮秒,使用双光子吸收探测器，无需调整二次谐波的光路，调整简单。一般均要求有垂直的输入偏振方向, 其外形尺寸约为普通示波器的一半。
