超短脈沖的包絡(luò)和載波相位的測量及應(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)部和外部電子運動規(guī)律提供了高時間分辨率和高功率的強有力的工具?，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)生及其飛秒時標(biāo)、阿秒脈沖產(chǎn)生等研究引起了人們越來越濃厚的興趣。這些研究和應(yīng)用都和脈沖的包絡(luò)和載波相位的測量與控制密切相關(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、過對國際上的一種主流的超短脈沖光譜相位相干直接電場重構(gòu)技術(shù)(即SPIDER方法)進(jìn)行了較深入的分析討論，提出了一個新的測量方法，并得到了可靠的實驗結(jié)果驗證，使得該方法成為超短光脈沖包絡(luò)和相位信息的簡便、實時快速而準(zhǔn)確的測量手段。同時還發(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)，并用于對本實驗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)時國內(nèi)最好的實驗成果。綜合來說，本論文取得了下列四項具有創(chuàng)新性的研究成

3、果： (1)提出一種測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重構(gòu)法(Fringe Free Spectral Phase Interferometry for DirectE1ectrical-field Recorlstruction，簡稱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)了國際上的主流SPIDER方法，消除其測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

4、量儀器的分辨率要求即可實現(xiàn)超短光脈沖包絡(luò)和相位信息的高精度、簡便、實時、快速而且準(zhǔn)確的測量。并據(jù)此自行研制的FF-SPI：DER方法測量儀測量性能優(yōu)越，申請了國家發(fā)明專利。 (2)給出了FF-SPIDER方法可高效測量脈沖的實驗證明。通過實驗裝置以及測量結(jié)果的比較，得到該方法對比傳統(tǒng)方法有更多的優(yōu)越性：在測量全過程能保留待測脈沖初相位原型，排除分束片對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量；可根據(jù)需要自由選

5、擇頻譜剪切量，測量簡便；可通過直接簡單的數(shù)學(xué)計算求解得目標(biāo)位相差，提高了效率的同時減少了復(fù)雜運算所引入的系統(tǒng)誤差。并且根據(jù)脈沖重構(gòu)理論，在技術(shù)原理和測量方法上分析零延時直接電場重構(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算機軟件，成功地測量了本實驗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償，從而獲得轉(zhuǎn)換極限亞十飛秒脈沖，是當(dāng)時國內(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)定自動控制系統(tǒng)，控制基頻光、倍頻光在全光孔徑干涉光場內(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驗中，得到了