第三章 超短脈沖技術(shù)

1、福建師范大學(xué)光電學(xué)院2014.11.17超短脈沖技術(shù)3.1 概述 調(diào)調(diào)Q Q技術(shù)是壓縮激光脈寬、提高峰值功率的有技術(shù)是壓縮激光脈寬、提高峰值功率的有 效方法，但是受到光子平均駐腔壽命的限制，利用效方法，但是受到光子平均駐腔壽命的限制，利用 調(diào)調(diào)Q Q技術(shù)只能獲得脈寬為技術(shù)只能獲得脈寬為毫、微秒量級毫、微秒量級的激光脈沖。的激光脈沖。 利用鎖模技術(shù)可以獲得皮秒和飛秒量級的激光脈利用鎖模技術(shù)可以獲得皮秒和飛秒量級的激光脈 沖。沖。sms3101sps12101sfs1510119958 fs年年，鈦鈦寶寶石石固固體體飛飛秒秒激激光光器器產(chǎn)產(chǎn)生生的的脈脈沖沖寬寬度度降降至至19967. 5 fs年年

2、，西西安安光光機機所所的的許許林林在在奧奧地地利利產(chǎn)產(chǎn)生生了了的的超超短短激激光光脈脈沖沖19964. 5 fs年年，畢畢業(yè)業(yè)于于西西安安光光機機所所的的魏魏志志義義博博士士在在荷荷蘭蘭創(chuàng)創(chuàng)造造了了全全固固態(tài)態(tài)腔腔倒倒空空壓壓縮縮后后的的記記錄錄1998,25 ,4 fsfs年年 西西安安光光機機所所的的程程昭昭則則在在奧奧地地利利利利用用亞亞毫毫焦焦耳耳的的的的脈脈沖沖產(chǎn)產(chǎn)生生了了強強白白光光連連續(xù)續(xù)譜譜 將將其其近近紅紅外外部部分分用用超超寬寬帶帶啁啁啾啾鏡鏡腔腔外外壓壓縮縮 得得了了的的最最佳佳結(jié)結(jié)果果。這這些些都都是是當(dāng)當(dāng)時時的的國國際際最最高高指指標(biāo)標(biāo)。 1810ass 目目前前正正

3、進進入入未鎖模的連續(xù)激光器輸出的是連續(xù)的激光。未鎖模的連續(xù)激光器輸出的是連續(xù)的激光。假定在在腔內(nèi)振蕩的模式有假定在在腔內(nèi)振蕩的模式有2N2N1 1個?？v模表示式個?？v模表示式 2cL 縱模頻率頻率間隔 ( )cos()qqqqE tEtLqcvq2多模激光的輸出特性多模激光的輸出特性無鎖模激光器的輸出功率與頻率無鎖模激光器的輸出功率與頻率鎖模技術(shù)的基本原鎖模技術(shù)的基本原理理呈現(xiàn)多個縱模同時振蕩，各個模式的振幅、初始呈現(xiàn)多個縱模同時振蕩，各個模式的振幅、初始位相無確定關(guān)系且互不相關(guān)。位相無確定關(guān)系且互不相關(guān)。無鎖模激光器的輸出功率與時間無鎖模激光器的輸出功率與時間瞬時輸出功率是這些模式無規(guī)則的疊

4、加，輸出瞬時輸出功率是這些模式無規(guī)則的疊加，輸出功率隨時間無規(guī)則起伏。功率隨時間無規(guī)則起伏。 經(jīng)過特殊的調(diào)制技術(shù)，使各振蕩模式的頻率間隔經(jīng)過特殊的調(diào)制技術(shù)，使各振蕩模式的頻率間隔保持一定，并具有確定的相位關(guān)系，則激光器將輸保持一定，并具有確定的相位關(guān)系，則激光器將輸出一列時間間隔一定的超短脈沖，出一列時間間隔一定的超短脈沖，這種技術(shù)稱為鎖這種技術(shù)稱為鎖模技術(shù)。模技術(shù)。假設(shè)第假設(shè)第q q個振蕩模為：個振蕩模為：鎖模的基本原理鎖模的基本原理通常情況下，激光器內(nèi)有多個縱模同時起振，各個通常情況下，激光器內(nèi)有多個縱模同時起振，各個模式的振幅、初始相位均無確定關(guān)系，它們之間是模式的振幅、初始相位均無確定

5、關(guān)系，它們之間是互不相干的。互不相干的。由于各縱模間是不相干，輸出平均光強可表示為由于各縱模間是不相干，輸出平均光強可表示為諸模光強的簡單和諸模光強的簡單和qqII( )cos()qqqqEtEtt=0t=0和和t=2L/ct=2L/c時，峰值平均光強為：時，峰值平均光強為：02max12INI）（合成光場的光強為：合成光場的光強為：22201sin (21)()2( )( )1sin()2NtI tA tEt縱模鎖定激光器的輸出特性分析縱模鎖定激光器的輸出特性分析1. .兩個主脈沖之間的時間間隔為單個脈沖在腔內(nèi)往兩個主脈沖之間的時間間隔為單個脈沖在腔內(nèi)往 返一次的時間：返一次的時間：2.2.

6、兩個鎖模主脈沖之間有兩個鎖模主脈沖之間有2N2N個零點個零點,2N-1,2N-1個次極大值。個次極大值。主脈沖寬度為：主脈沖寬度為： ，增益曲線越寬，越可能得到窄的鎖模脈沖。增益曲線越寬，越可能得到窄的鎖模脈沖。q1121）（ Ngv1mincLT23.鎖模后的脈沖峰值光功率比未經(jīng)鎖模的提高了鎖模后的脈沖峰值光功率比未經(jīng)鎖模的提高了 2N+12N+1倍。倍。4.4.實現(xiàn)了實現(xiàn)了 常數(shù)，輸出了一個峰值功率常數(shù)，輸出了一個峰值功率 高、脈沖寬度窄的序列脈沖。高、脈沖寬度窄的序列脈沖。1qqv主動鎖模：調(diào)制器的調(diào)制特性人為主動可控。主動鎖模：調(diào)制器的調(diào)制特性人為主動可控。 振幅調(diào)制鎖模 相位調(diào)制鎖模

7、v被動鎖模：其過程非人為可以控制。被動鎖模：其過程非人為可以控制。v同步泵浦鎖模：主動鎖模激光器泵浦另一激光器同步泵浦鎖模：主動鎖模激光器泵浦另一激光器v自鎖模自鎖模實現(xiàn)鎖模的方法實現(xiàn)鎖模的方法 如圖所示，在激光器諧振腔內(nèi)安置一振幅或相如圖所示，在激光器諧振腔內(nèi)安置一振幅或相位調(diào)制器，適當(dāng)控制調(diào)制頻率和調(diào)制深度可以實位調(diào)制器，適當(dāng)控制調(diào)制頻率和調(diào)制深度可以實現(xiàn)激光器的縱模鎖定?，F(xiàn)激光器的縱模鎖定。3.3.2 2主動鎖模主動鎖模q振幅調(diào)制原理振幅調(diào)制原理 設(shè)調(diào)制信號為： 調(diào)制前光場： 經(jīng)過調(diào)制后，腔內(nèi)光場變?yōu)椋?sincccE tEt tAtamm21sin)sin()cos(1 )ccmctw

8、twmAtE（調(diào)制系數(shù)設(shè)激光器中增益曲線中心頻率處的縱模首先振蕩，加入調(diào)制后，其電場強度為： 展開上式：)sin()cos(1 )ccmctwtwmAtE（)sin(21)sin(21)sin(cmcccmccccctwwmAtwwmAtwAE（t)= 腔損耗正弦調(diào)制的結(jié)果，是使頻率為腔損耗正弦調(diào)制的結(jié)果，是使頻率為 的縱模又產(chǎn)生了頻率分的縱模又產(chǎn)生了頻率分別為別為 ， 初始位相不變化的兩個邊頻帶。振幅初始位相不變化的兩個邊頻帶。振幅調(diào)制鎖模式縱模有相同的初始位相，保持恒定的頻率差調(diào)制鎖模式縱模有相同的初始位相，保持恒定的頻率差 ，各模的振幅關(guān)系通過選擇各模的振幅關(guān)系通過選擇 可控制?？煽刂?。

9、它們相干疊加的結(jié)果使激它們相干疊加的結(jié)果使激光器得到鎖模序列光脈沖輸出。光器得到鎖模序列光脈沖輸出。0Lc20Lc20Lc2mq相位調(diào)制鎖模原理相位調(diào)制鎖模原理 激光腔內(nèi)插入一個電光調(diào)制器，當(dāng)調(diào)制器介激光腔內(nèi)插入一個電光調(diào)制器，當(dāng)調(diào)制器介質(zhì)折射率按外加調(diào)制信號而周期性改變時，光波質(zhì)折射率按外加調(diào)制信號而周期性改變時，光波在不同的時刻通過介質(zhì)，有不同的相位延遲。在不同的時刻通過介質(zhì)，有不同的相位延遲。 調(diào)制前光場： 經(jīng)過調(diào)制后，腔內(nèi)光場變?yōu)椋?coscccEtAt coscosccmE tAtmt只有與相位變化的極值點（極大或極小）相對應(yīng)的時刻才能在腔內(nèi)保存下來，不斷被放大，成為周期為2L/c的

10、脈沖序列。 相位調(diào)制的特點： 調(diào)制信號的頻率和相鄰縱模頻率的間隔相同。 相位調(diào)制的結(jié)果，使各縱模相位固定。 -滿足鎖模條件 輸出的光波是間隔為 的脈沖序列，具有 鎖模激光器特性。 脈沖位置不穩(wěn)定。2mcL10qq2Lc調(diào)調(diào)制制器器可可以以是是聲聲光光損損耗耗（駐駐波波場場）、電電光光相相位位、電電光光損損耗耗。 Q主主動動鎖鎖模模激激光光器器中中所所有有光光學(xué)學(xué)元元件件的的要要求求應(yīng)應(yīng)比比一一般般調(diào)調(diào) 激激光光更更加加嚴(yán)嚴(yán)格格，端端面面的的反反射射率率必必須須控控制制在在最最小小，各各元元件件的的反反射射端端面面應(yīng)應(yīng)切切成成布布儒儒斯斯特特角角，傾傾斜斜放放置置或或鍍鍍增增透透膜膜，反反射射鏡

11、鏡做做成成鍥鍥形形。調(diào)調(diào)制制器器應(yīng)應(yīng)盡盡量量放放在在腔腔內(nèi)內(nèi)靠靠近近反反射射鏡鏡處處。調(diào)調(diào)制制尺尺寸寸在在通通光光方方向向的的尺尺寸寸應(yīng)應(yīng)盡盡量量小小。 /2/4/2s MMqqsAPffcLLc 振振鎖鎖模模調(diào)調(diào)制制器器的的頻頻率率必必須須非非常常嚴(yán)嚴(yán)格格幅幅調(diào)調(diào)調(diào)調(diào)諧諧相相位位制制鎖鎖模模到到或或者者調(diào)調(diào)制制鎖鎖模模 。3.2.3主動鎖模激光器的結(jié)構(gòu)及其設(shè)計要點其其基基本本思思路路是是利利用用激激光光輸輸出出信信號號變變化化所所產(chǎn)產(chǎn)生生的的誤誤差差信信號號來來校校正正驅(qū)驅(qū)動動振振蕩蕩頻頻率率或或校校正正腔腔長長。117mNdYAGfKHzL 對對于于光光學(xué)學(xué)腔腔長長為為 米米的的：鎖鎖模模

12、激激光光器器，其其調(diào)調(diào)制制頻頻率率只只允允許許少少于于的的偏偏差差，相相當(dāng)當(dāng)于于腔腔長長 的的變變化化量量必必須須少少于于m m。采采用用電電子子反反饋饋、實實時時跟跟蹤蹤、閉閉環(huán)環(huán)控控制制、伺伺服服裝裝置置。 222mqccfLLL 采采用用熱熱不不靈靈敏敏腔腔型型，用用熱熱膨膨脹脹系系數(shù)數(shù)小小的的殷殷鋼鋼或或大大理理石石作作為為光光學(xué)學(xué)導(dǎo)導(dǎo)軌軌，與與外外界界絕絕熱熱、隔隔震震。22mmqfLLfLc 最最好好采采用用半半導(dǎo)導(dǎo)體體泵泵浦浦和和精精密密的的半半導(dǎo)導(dǎo)體體致致冷冷以以及及風(fēng)風(fēng)冷冷散散熱熱方方式式。提提高高泵泵浦浦源源的的穩(wěn)穩(wěn)定定度度，消消除除冷冷卻卻液液的的非非勻勻速速流流動動和和

13、溫溫度度波波動動。穩(wěn)穩(wěn)定定性性措措施施 在激光器諧振腔內(nèi)插入可飽和吸收染料來調(diào)在激光器諧振腔內(nèi)插入可飽和吸收染料來調(diào)節(jié)腔內(nèi)的損耗，當(dāng)滿足鎖模條件時，就可獲得一節(jié)腔內(nèi)的損耗，當(dāng)滿足鎖模條件時，就可獲得一系列的鎖模脈沖。系列的鎖模脈沖。3.3.3 3 被動鎖模被動鎖模被動鎖模分為：被動鎖模分為：固體激光器的被動鎖模、燃料激光器的被動鎖模固體激光器的被動鎖模、燃料激光器的被動鎖模q固體激光器的被動鎖模固體激光器的被動鎖模 線性放大階段：一個周期2L/c時間內(nèi)，光脈沖通過有機染料和工作介質(zhì)各一次，在激光介質(zhì)中產(chǎn)生線性放大，發(fā)生自然選模作用。線性放大過程使頻譜變窄，被放大后的信號起伏得到平滑和加寬。非線

14、性吸收階段：強脈沖增長。弱脈沖被抑制，發(fā)射脈沖變窄，頻譜增寬。非線性放大階段：前后沿變陡，脈沖變窄，小脈沖幾乎完全被抑制，最后輸出一個高強度、窄脈寬的脈沖序列。 結(jié)構(gòu)如下圖所示，為得到高重復(fù)率的高質(zhì)量結(jié)構(gòu)如下圖所示，為得到高重復(fù)率的高質(zhì)量鎖模脈沖序列，對燃料濃度、泵浦強度和諧振腔鎖模脈沖序列，對燃料濃度、泵浦強度和諧振腔的設(shè)計及調(diào)整等都要有嚴(yán)格的要求，否則，激光的設(shè)計及調(diào)整等都要有嚴(yán)格的要求，否則，激光輸出將極不穩(wěn)定。輸出將極不穩(wěn)定。100%100%反射鏡反射鏡接觸接觸染料盒染料盒泵浦光泵浦光濾光片濾光片激光棒激光棒光闌光闌輸出耦合輸出耦合反射鏡反射鏡被動鎖模固體激光器原理示意圖被動鎖模固體激

15、光器原理示意圖3.3.3.1 3.1 被動鎖模固體激光器的結(jié)構(gòu)被動鎖模固體激光器的結(jié)構(gòu)q染料激光器的被動鎖模染料激光器的被動鎖模 染料激光器產(chǎn)生脈沖的過程和固體激光器被動鎖模相似。（通過染料吸收體的非線性吸收和激光介質(zhì)的放大作用，從漲落的噪聲背景中選擇出強漲落峰值，通過可飽和吸收體和激光介質(zhì)飽和作用的聯(lián)合作用，形成超短脈沖。） 由于染料的譜線寬，激光上能級的壽命短，所以染料鎖模激光器可以輸出比固體鎖模激光器更窄的脈沖。v采用一臺鎖模激光器脈沖序列泵浦另一臺激光器，通過調(diào)制腔內(nèi)增益的方法獲得鎖模。v實現(xiàn)同步泵浦鎖模的關(guān)鍵是使被泵浦激光器的諧振腔長度與泵浦激光器的諧振腔長度相等或者是它的整數(shù)倍。v

16、同步泵浦鎖模對染料激光器具有實用意義。3.3.4 4 同步泵浦鎖模同步泵浦鎖模 1）增益階段 2）脈沖壓縮階段同步泵浦鎖模原理同步泵浦鎖模原理 圖3.4-1 同步泵浦染料激光器特性v穩(wěn)定的脈沖狀態(tài)（鎖模區(qū)）l(1)泵浦能量越大或反射率越大，則脈沖能量越大 而脈寬越窄。在反射率或泵浦能量比較小的情 況下，脈沖寬度倒數(shù)和脈沖能量顯示出單調(diào)的 特性。 l(2)泵浦能量和反射率不同，產(chǎn)生的最窄脈沖的時 延也不同。 v穩(wěn)定的脈沖狀態(tài)（鎖模區(qū)）l(3)脈沖的形狀與泵浦能量和反射率有關(guān)。當(dāng)泵浦 能量和反射率比較小時，脈沖幾乎是對稱的。 反之，隨著泵浦能量和反射率的增大脈沖逐 漸呈不對稱型。泵浦能量保持不變而

17、脈沖寬度 改變，對激光脈沖的參數(shù)影響不大。 v相位調(diào)制脈沖 （一定條件下不存在穩(wěn)定態(tài)） 泵浦激光器染料激光器高頻發(fā)生器聲光鎖模器Ar+激光器染料激光器染料盒光學(xué)濾波器n同步泵浦鎖模激光器結(jié)構(gòu)同步泵浦鎖模激光器結(jié)構(gòu)同步泵浦染料激光器結(jié)構(gòu)示意圖M1M4M2M3n能產(chǎn)生非常穩(wěn)定超短脈沖的裝置示意圖能產(chǎn)生非常穩(wěn)定超短脈沖的裝置示意圖 快速控制回路慢速控制回路采用兩種控制回路的同步泵浦染料激光器采用這種系統(tǒng)能產(chǎn)生0.7ps的脈沖調(diào)調(diào)Q與鎖模的區(qū)別與鎖模的區(qū)別1.鎖模一般可以用調(diào)Q的手段來實現(xiàn)2.鎖模：對多縱模進行調(diào)制，其頻率由諧振腔的長 度決定。 調(diào) Q：對諧振腔內(nèi)損耗的調(diào)節(jié)，是對光子數(shù)的調(diào) 整。其頻率

18、由調(diào)制頻率決定。 3.壓縮程度不同。調(diào) Q：功率兆瓦級、脈寬納秒級鎖模：脈寬飛秒級。 自鎖模就是在激光腔內(nèi)不需插入任何調(diào)制元件，而是利用增益介質(zhì)本身的非線性效應(yīng)就可以產(chǎn)生短脈沖的鎖模方式。1991年，人們首次在摻鈦藍寶石連續(xù)激光器中，成功獲得自鎖模運轉(zhuǎn)。目前自鎖模脈沖寬度可達 6 fs。3.5 3.5 自自 鎖鎖 模模一、自鎖模機理一、自鎖模機理 一般認(rèn)為，自鎖?，F(xiàn)象是利用增益介質(zhì)的自聚焦效應(yīng)形成的克爾透鏡和光闌構(gòu)成一個與強度相關(guān)的投射來產(chǎn)生短脈沖。 如果在束腰附近加上光闌，與自聚焦的結(jié)合就相當(dāng)于一個可飽和吸收體。由于脈沖中央光強較大，透鏡對脈沖中央有更強的聚焦，使其幾乎無損耗地通過光闌。而前

19、后沿的強度較小，透鏡對脈沖前后有較小的自聚焦，使其損耗大于脈沖中央。脈沖在腔內(nèi)循環(huán)時，將不斷的被抑制而消失，而中間部分不斷被放大，使得脈沖不斷被壓縮，形成穩(wěn)定的鎖模。 摻鈦藍寶石介質(zhì)折射率的非線性效應(yīng)可表示為：n= no + n2 I (t) no為與光強無關(guān)的折射率， n2為非線性折射率，由克爾效應(yīng)決定，I (t)為脈沖的光強。 自聚焦效應(yīng)的焦距為:)(142tIcLnfmmmnm = n2 Im (t） 因摻鈦藍寶石激光器的自鎖模不能自行啟動，所以在腔內(nèi)引入一個瞬間擾動，造成高損耗，當(dāng)腔鏡復(fù)位時，腔中的光強產(chǎn)生強烈漲落。當(dāng)它們通過增益介質(zhì)時，經(jīng)過自振幅調(diào)制經(jīng)過自振幅調(diào)制(SAM)(SAM)

20、和增益介質(zhì)的線性放大，對脈沖和增益介質(zhì)的線性放大，對脈沖進行選擇、放大、初步壓縮，形成初始脈沖。進行選擇、放大、初步壓縮，形成初始脈沖。1. 初始脈沖的形成初始脈沖的形成 摻鈦藍寶石激光器自鎖模脈沖的形成分為以下兩個階段：2. 2. 穩(wěn)定鎖模脈沖的形成穩(wěn)定鎖模脈沖的形成 腔內(nèi)初始鎖模脈沖形成以后，因峰值功率大，不僅產(chǎn)生了自相位調(diào)制，還引入了很大的正群速度色散，不利于進一步壓縮脈寬，因而要用合適的負(fù)色散去補償，才能得到最窄的脈沖寬度。 常用來啟動摻鈦藍寶石激光器自鎖模的方法：常用來啟動摻鈦藍寶石激光器自鎖模的方法： （1）在原自鎖模激光器內(nèi)加入一個聲光調(diào)制器，此時激光器處于主動鎖模狀態(tài)。調(diào)整諧振

21、腔，使激光器進入自鎖模。 （2）在Ti:S激光腔內(nèi)插入一個飽和吸收體，改變?nèi)玖蠞舛?，直至去掉染料裝置也能產(chǎn)生自鎖。 (3)采用量子阱反射器的耦合腔啟動自鎖模。 (4)使用振動鏡啟動，頻率25Hz，振幅小于0.5mm。二、超短脈沖的壓縮技術(shù)二、超短脈沖的壓縮技術(shù) 當(dāng)超短光脈沖在介質(zhì)中傳輸時，表現(xiàn)出多種非線性效應(yīng)，而折射率的非線性效應(yīng)是最基本的。 折射率非 線性效應(yīng) 非線性相移脈沖不同部位的瞬時頻率不同自相位 調(diào)制 頻率啁啾 （ ）)()(tt(a)T Tr r p p，脈沖頻譜的擴展只是向 。端擴展，即頻率向低頻端擴展。圖3.5-1 超短光脈沖在介質(zhì)傳輸中的自相位調(diào)制效應(yīng) 如果考慮介質(zhì)的色散時，

22、當(dāng)啁啾和色散同號時脈沖被展寬，異號時變窄。當(dāng)介質(zhì)具有正色散時，以負(fù)啁啾為特征的脈沖前沿和后沿被壓縮，而以正啁啾為特征的脈沖中間被展寬，脈沖波形變成方波。當(dāng)介質(zhì)具有負(fù)色散時，具有負(fù)啁啾的脈沖前沿和后沿被展寬，而脈沖的中間部分被壓縮，從而導(dǎo)致整個脈沖波形變窄。 只要選擇具有負(fù)色散的介質(zhì)就可以使超短脈沖只要選擇具有負(fù)色散的介質(zhì)就可以使超短脈沖進一步的壓縮進一步的壓縮。利用這種技術(shù)，已經(jīng)得到6 fs的超短光脈沖目前壓縮超短脈沖的方法有以下兩種：1、光纖-光柵對法 這是在腔外進行，利用光纖提供的正色散將脈沖展寬成啁啾脈沖，再利用光柵提供的負(fù)色散對光脈沖進行壓縮。2、激光腔內(nèi)插入負(fù)色散元件 由于衍射光柵的

23、插入損耗很大，而且不容易調(diào)節(jié)它的正負(fù)色散量。所以可以在激光腔內(nèi)插入兩塊高色散的石英棱鏡。光脈沖的光線對于棱鏡的入射角和出射角都為布儒斯特角和最小角。3.6 3.6 單一脈沖的選取及超短脈沖測量技術(shù)單一脈沖的選取及超短脈沖測量技術(shù)一、單一脈沖的選取一、單一脈沖的選取 開始時開關(guān)不起作用，偏振器調(diào)到最大透過率，由M2輸出的鎖模脈沖，經(jīng)透鏡聚焦，擊穿火花隙，經(jīng)過脈沖形成網(wǎng)絡(luò)，將高壓脈沖(V/4)加在電光調(diào)制器上，鎖模脈沖兩次經(jīng)過開關(guān)，偏振方向旋轉(zhuǎn)90。，這時偏振光不再透過偏振鏡，只能從其界面上反射側(cè)向輸出，獲得單一脈沖。1. 1. 脈沖透射法脈沖透射法 此方法的缺點缺點：工作閾值較高，腔內(nèi)元件容易損

24、壞，而且腔內(nèi)元件多，容易產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)具效應(yīng)，且漏光嚴(yán)重，穩(wěn)定性差。全全反反鏡鏡半反鏡半反鏡V/4 P1P2，中間放一個電開關(guān)，只要加壓時間 2L/c ，得單一脈沖。缺點缺點：需加半波電壓，兩個偏振棱鏡。優(yōu)點優(yōu)點：腔內(nèi)光學(xué)元件少，調(diào)整方便。2. 2. 腔外選單一脈沖法腔外選單一脈沖法V/2工作過程工作過程：首先在電開關(guān)加電壓。當(dāng)?shù)谝粋€鎖模脈沖輸出后，光電二極管把光信號轉(zhuǎn)換為電信號去觸發(fā)閘流管，將加在克爾盒的V/4電壓短路，則從偏振鏡側(cè)向輸出單一超短脈沖。閘流管動作時間鎖模脈沖間隔2L/c。3閘流管觸發(fā)電路閘流管觸發(fā)電路二、超短脈沖的測量技術(shù)二、超短脈沖的測量技術(shù) 由于鎖模激光器輸出的脈寬一般幾ps-

25、fs量級，而光電接收裝置如一般光電二極管和光電倍增管響應(yīng)時間一般在 s，因此響應(yīng)時間大于 s，因此無法測量 s - s脈沖。目前主要的測量方法有兩種類型：直接觀察法和相關(guān)測量法。101110 101210121015101. 1. 直接觀察法直接觀察法 條紋照相機：主要由結(jié)構(gòu)復(fù)雜的條紋管構(gòu)成。它可把光脈沖直接記錄在照相底片上，通過光密度分析獲得脈沖形狀和寬度。近來出現(xiàn)的新型條紋管，利用了光纖，可以直接給出光脈沖強度I(t)的數(shù)字記錄，分辨力可以測到12ps。缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴，不適用連續(xù)鎖模激光器，需取出一脈沖。不能測飛秒脈沖。2 .2 .相關(guān)測量法相關(guān)測量法 應(yīng)用較廣，間接測量。利用相

26、關(guān)函數(shù)的測試，但測出的相關(guān)函數(shù)曲線不是脈沖的實際寬度，要通過換算，才能得到脈寬的近似值。(1)相關(guān)函數(shù)強度為I(t)的2階強度相關(guān)函數(shù)為(2)22( )()( )()( )( )( )I t I tdtI t I tGItIt dt 二階相關(guān)函數(shù)測得的脈沖波形對稱。因 ,(2)(2)( )()GG如果實際波形不對稱，此法測不出。 用高階相關(guān)函數(shù)。n階單延遲相關(guān)函數(shù)（只能給出脈沖寬度的上限）( )1( )( )()/( )nnnGIt I tIt 這樣大大減少了對于測試儀器和接收元件時間響應(yīng)的要求。 目前比較成熟的二階相關(guān)函數(shù)測量法是雙光子熒光法和二次諧波法。雙光子熒光法雙光子熒光法 原理：原理：當(dāng)入射光為高功率的情況下，基態(tài)的粒子吸收兩光子躍遷到高能態(tài)，然后無輻射躍遷到能級，最后由能級自發(fā)輻射躍遷到能級發(fā)出熒光，hvf12hvin。實驗裝置如下：M3 分束鏡，把入射光分成相等的兩束光，M1、M2全反鏡 在系統(tǒng)中，把一束激光分成兩束光，沿相反方向進入染料中。重合的少，熒光弱，光全重合，熒光最強。雙光子吸收是一種與光強平方成正比的非線性現(xiàn)象，通過觀測雙光子吸收產(chǎn)生的熒光，測定兩個光脈沖的相互關(guān)系，再由相關(guān)函數(shù)獲得脈寬數(shù)據(jù)。M3 特點：1.結(jié)構(gòu)簡