超快激光泵浦-探測中光學(xué)相位延遲的測量原理研究.pdf

1、光學(xué)相位測量方法作為一種高精度測量技術(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(Pump-probe)的超快測量中對探針光時間延遲量進行實時檢測與有效控制，本文將現(xiàn)有其他領(lǐng)域較為成熟的光學(xué)相位干涉測量技術(shù)引入超快泵浦探測過程中，提出了一套自我設(shè)計的四路同步移相干涉光學(xué)測量系統(tǒng)。.
　　 本文從理論計算、系統(tǒng)設(shè)計和實驗驗證三個方面對該測量系統(tǒng)進行了分析：
　　 1.介紹了干涉測量技術(shù)的各種理論，包括傅立葉

2、變換相位測量理論、傳統(tǒng)時域移相干涉測量理論、偏振移相干涉測量理論和同步移相測量理論。并給出了同步移相測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量系統(tǒng)和基于光柵分光偏振片組移相的同步移相測量系統(tǒng)，對該三套系統(tǒng)進行了簡要描述和比較，給出了各自優(yōu)缺點?；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量技術(shù)作為超快實驗中探針光時間延遲量的主導(dǎo)方案。
　　 2.應(yīng)用瓊斯理論對

3、設(shè)計的光學(xué)測量系統(tǒng)進行了計算，推導(dǎo)出同步移相干涉系統(tǒng)各幀干涉圖相應(yīng)點的光強表達式，確定了相鄰干涉圖之間的相移步長，并給出了相位延遲量測量的解析表達式。最后，對光學(xué)系統(tǒng)在檢測中可能存在的誤差進行了計算分析，結(jié)果表明，系統(tǒng)的設(shè)計不僅能滿足超快Pump-probe精度的基本要求，而且優(yōu)于目前同步移相干涉測量的光學(xué)設(shè)計，對于800nm中心波長的探針光在理論上可達阿秒級的時間分辨率。
　　 3.對該光學(xué)測量系統(tǒng)進行了實驗驗證分析。利用He

4、-Ne激光光源搭建了相位差測量系統(tǒng)，包括光源部分、分光移相系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)和計算機處理系統(tǒng)，并詳細給出了測量系統(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量技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛的泰曼-格林干涉儀的設(shè)計思路，分光和移相同步進行，該設(shè)計可有效減少移相器件組在實驗過程中帶來的器件誤差。計算機處理部分主要為實驗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)、像素點的相位測量計算、選定區(qū)域的相位平均值計算、相位與延遲時間互相轉(zhuǎn)換和數(shù)