Femtochrome的自相關(guān)儀測(cè)試原理及其產(chǎn)品介紹

更新時(shí)間：2022-02-17

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自相關(guān)儀是多年來(lái)發(fā)展的專(zhuān)門(mén)用于測(cè)量脈沖寬度的儀器，筱曉光子提供的Femtochrome自相關(guān)儀是世界上有特色的自相關(guān)儀，采用非共線形式消除背景光，可以達(dá)到較高的測(cè)量精度。其使用了具有zhuanli保護(hù)的轉(zhuǎn)鏡延遲線，速度快，準(zhǔn)確度高。配置的PMT具有10-7W2靈敏度，是超快脈沖激光器測(cè)試十分有效，精確的儀器。

超短脈沖激光由于其脈沖寬度極窄，只有幾個(gè)皮秒甚至達(dá)到飛秒量級(jí)，可以得到*的峰值功率密度，所以在物理學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)、光通訊等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。具有快速和分辨率高等特性，從而形成了多種時(shí)間分辨光譜技術(shù)和泵浦/探測(cè)技術(shù)，在快速化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究、高分辨醫(yī)學(xué)診斷、醫(yī)學(xué)相干成像和生物活體檢測(cè)、外科醫(yī)療及超小型衛(wèi)星的制造上都有其*的優(yōu)點(diǎn)，起到了不可替代的作用，并且開(kāi)創(chuàng)了一些全新的研究領(lǐng)域，如量子控制化學(xué)、半導(dǎo)體相干光譜等。

當(dāng)脈沖寬度窄至飛秒量級(jí)時(shí)，飛秒脈沖與納米顯微技術(shù)的結(jié)合使高功率飛秒激光在原子物理學(xué)、醫(yī)學(xué)、超精細(xì)微加工、高密度信息儲(chǔ)存和記錄方面都有著很好的發(fā)展前景。物質(zhì)在高強(qiáng)度飛秒激光的作用下會(huì)出現(xiàn)非常奇特的現(xiàn)象：氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)的物質(zhì)瞬息間變成了等離子體。這種等離子體可以輻射出各種射線的激光。高功率飛秒激光與物質(zhì)相互作用，能夠產(chǎn)生足夠數(shù)量的中子，可用于實(shí)現(xiàn)激光受控核聚變的快速點(diǎn)火，這將為人類(lèi)實(shí)現(xiàn)新一代能源開(kāi)辟一條嶄新的途徑。

綜上所述，超短光脈沖尤其是飛秒激光作為揭示物質(zhì)內(nèi)部微觀動(dòng)力學(xué)的有力工具正在推動(dòng)著基礎(chǔ)研究和新技術(shù)的發(fā)展。

一、脈沖激光器脈寬測(cè)試方法

得到了超短激光脈沖，相應(yīng)的脈沖測(cè)量手段就顯得尤為重要。無(wú)論是在時(shí)域還是在空域，對(duì)于任意快的時(shí)間變化過(guò)程或者是任意小的空間尺度的測(cè)量，都需要更快更短的時(shí)空尺度來(lái)衡量。

而現(xiàn)有的較快的光電探測(cè)器和寬帶示波器的響應(yīng)時(shí)間只能達(dá)到幾十個(gè)皮秒的量級(jí)，因此對(duì)于超短激光脈沖來(lái)說(shuō)，僅利用光電二極管結(jié)合示波器進(jìn)行測(cè)量就顯得無(wú)能為力，好的辦法只能利用超短脈沖激光本身。

長(zhǎng)期以來(lái)，為了準(zhǔn)確研究超短脈沖，人們已經(jīng)形成了二階自相關(guān)法、頻率分辨光學(xué)開(kāi)關(guān)法、自參考光譜位相相干電場(chǎng)重建法、雙光子響應(yīng)的測(cè)量等測(cè)量方法。

二、Femtochrome的自相關(guān)儀測(cè)試原理及其產(chǎn)品介紹

Femtochrome FR-103XL型自相關(guān)儀采用一對(duì)平行平面反射鏡繞中心軸旋轉(zhuǎn)的邁克爾遜干涉儀配置方式，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

入射激光脈沖入射到分束鏡上，其透射光E(t)部分，則經(jīng)反射棱鏡M1和角錐反射鏡后返回；其反射光E(t-τ)部分經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)平面反射鏡和參考平面反射鏡M3，按原路返回；兩光束經(jīng)凹面反射鏡M2聚焦于非線性晶體上，改變轉(zhuǎn)動(dòng)平面反射鏡的角度可以使兩束光分別有不同的光程，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)平面反射鏡可以形成一個(gè)脈沖序列對(duì)另一脈沖序列的掃描，形成相關(guān)函數(shù)的波形。

選擇倍頻晶體的方向使輸入光E(t)和E(t-τ)兩束光的波矢量都稍偏離相位匹配方向，在單獨(dú)入射時(shí)不產(chǎn)生二次諧波，當(dāng)兩束光同時(shí)入射合成波矢量滿足相位匹配條件則產(chǎn)生與兩束光強(qiáng)的乘積有關(guān)二次倍頻其信號(hào)，經(jīng)濾光片射入到光電倍增管PMT上。

【圖1 自相關(guān)儀光路原理圖】

由于倍頻光信號(hào)僅與兩束光強(qiáng)度的乘積項(xiàng)有關(guān)，圖片，由此所產(chǎn)生的二次諧波，由光電倍增管接收記錄。利用光脈沖強(qiáng)度相關(guān)法測(cè)量脈沖寬度，實(shí)質(zhì)上就是把時(shí)間的測(cè)量轉(zhuǎn)換成長(zhǎng)度的測(cè)量，把光脈沖形狀的測(cè)量轉(zhuǎn)換成相關(guān)函數(shù)S(τ)波形的測(cè)量，其半高寬度的時(shí)間間隔即為脈沖寬度。

【圖2 自相關(guān)儀實(shí)物光路圖】

相關(guān)函數(shù)的波形與實(shí)際脈沖的關(guān)系可以用定標(biāo)因子來(lái)表示，轉(zhuǎn)動(dòng)平面反射鏡可以選擇1.25/2.5/5Hz的旋轉(zhuǎn)頻率，定標(biāo)因子見(jiàn)表1。

表1 FR-103XL型自相關(guān)儀定標(biāo)因子(T/t)

序號(hào)	旋轉(zhuǎn)頻率(Hz)	定標(biāo)因子T/t(psec/msec)
1	1.25	3.9
2	2.5	7.75
3	5	15.5

1064nm脈沖激光器脈寬實(shí)測(cè)：

【圖3 1064nm脈沖激光器脈寬測(cè)試】

【圖4 CDA軟件測(cè)試結(jié)果（Gaussian、Sech2擬合）】

表2 CDA軟件測(cè)試結(jié)果

序號(hào)	典型脈沖波形	脈寬(ps)
1	FWHM	20.54
2	Gaussian	14.52
3	Sech2	13.31

從表2中可以看出Gaussian、Sech2擬合值結(jié)果相近，但與FWHM測(cè)試結(jié)果差值明顯，所以CDA軟件比示波器有更好的數(shù)據(jù)處理功能。

三、Femtochrome的自相關(guān)儀產(chǎn)品信息

產(chǎn)品特點(diǎn)：

寬的脈寬測(cè)試范圍
旋轉(zhuǎn)平行反射鏡組件
無(wú)色散，高分辨率
互相關(guān)性

自/互相關(guān)儀	FR-103MC	FR-103XL	FR-103TPM	FR-103WS	FR-103HP
分辨率	1fs(1)	1fs(1)	1fs(1)	5fs(1)	1fs(1)
波長(zhǎng)范圍	500-3400nm	410-5000nm	700-2200nm	410-5000nm	410-5000nm
掃描范圍	>40ps	>195ps	>70ps	>470ps	>70ps
脈寬范圍	5fs-15ps	5fs-100ps	5fs-20ps	15fs-250ps	5fs-30ps
靈敏度[(PavPpk)min](2)	(10)-4W2	(10)-7W2	(10)-4W2	(10)-7W2	(10)-5W2
光纖耦合/自由空間	可選	可選	可選	可選	可選
干涉/非共線	可選	可選	可選	可選	可選
最小輸入脈沖重頻率	4Hz(3)	4Hz(3)	4Hz(3)	4Hz(3)	4Hz(3)
計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)獲取	可選	可選	可選	可選	可選
LCD顯示	可選	可選	可選	可選	可選

備注：

（1）非線性晶體厚度僅25um

（2）1mm長(zhǎng)晶體、1ps分辨率時(shí)的噪聲等效信號(hào)值

（3）最底重頻：標(biāo)準(zhǔn)值～100kHz，帶/LRR（低重頻率選項(xiàng)）:4Hz

產(chǎn)品應(yīng)用：

監(jiān)測(cè)超短脈沖
激光器的光束診斷

訂購(gòu)信息：

型號(hào)：FR-103MC/XL/TPM/WS/HP

波長(zhǎng)范圍：410-5000nm

脈寬范圍：5fs-250ps

靈敏度[(PavPpk)min]：10-7W2

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