Femtochrome的自相关仪测试原理及其产品介绍 - 筱晓光子精品速递②

2021-08-27 11:22:04

自相关仪是多年来发展的专门用于测量脉冲宽度的仪器，筱晓光子提供的Femtochrome自相关仪是世界上独具特色的自相关仪，采用非共线形式消除背景光，可以达到较高的测量精度。其使用了具有保护的转镜延迟线，速度快，准确度高。配置的PMT具有10-7W2灵敏度，是超快脉冲激光器测试有效，精确的仪器。

超短脉冲激光由于其脉冲宽度极窄，只有几个皮秒甚至达到飞秒量级，可以得到非常高的峰值功率密度，所以在物理学、生物学、化学、光通讯等领域中得到了广泛应用。具有快速和分辨率高等特性，从而形成了多种时间分辨光谱技术和泵浦/探测技术，在快速化学反应动力学研究、高分辨医学诊断、医学相干成像和生物活体检测、外科医疗及超小型卫星的制造上都有其独特的优点，起到了不可替代的作用，并且开创了一些全新的研究领域，如量子控制化学、半导体相干光谱等。

当脉冲宽度窄至飞秒量级时，飞秒脉冲与纳米显微技术的结合使高功率飞秒激光在原子物理学、医学、超精细微加工、高密度信息储存和记录方面都有着很好的发展前景。物质在高强度飞秒激光的作用下会出现非常奇特的现象：气态、液态、固态的物质瞬息间变成了等离子体。这种等离子体可以辐射出各种射线的激光。高功率飞秒激光与物质相互作用，能够产生足够数量的中子，可用于实现激光受控核聚变的快速点火，这将为人类实现新一代能源开辟一条崭新的途径。

综上所述，超短光脉冲尤其是飞秒激光作为揭示物质内部微观动力学的有力工具正在推动着基础研究和新技术的发展。

一、脉冲激光器脉宽测试方法

得到了超短激光脉冲，相应的脉冲测量手段就显得尤为重要。无论是在时域还是在空域，对于任意快的时间变化过程或者是任意小的空间尺度的测量，都需要更快更短的时空尺度来衡量。

而现有的最快的光电探测器和宽带示波器的响应时间只能达到几十个皮秒的量级，因此对于超短激光脉冲来说，仅利用光电二极管结合示波器进行测量就显得无能为力，唯一的办法只能利用超短脉冲激光本身。

长期以来，为了准确研究超短脉冲，人们已经形成了二阶自相关法、频率分辨光学开关法、自参考光谱位相相干电场重建法、双光子响应的测量等测量方法。

二、Femtochrome的自相关仪测试原理及其产品介绍

Femtochrome FR-103XL型自相关仪采用一对平行平面反射镜绕中心轴旋转的迈克尔逊干涉仪配置方式，其总体结构如图1所示。

入射激光脉冲入射到分束镜上，其透射光E(t)部分，则经反射棱镜M1和角锥反射镜后返回；其反射光E(t-τ)部分经转动平面反射镜和参考平面反射镜M3，按原路返回；两光束经凹面反射镜M2聚焦于非线性晶体上，改变转动平面反射镜的角度可以使两束光分别有不同的光程，旋转转动平面反射镜可以形成一个脉冲序列对另一脉冲序列的扫描，形成相关函数的波形。

选择倍频晶体的方向使输入光E(t)和E(t-τ)两束光的波矢量都稍偏离相位匹配方向，在单独入射时不产生二次谐波，当两束光同时入射合成波矢量满足相位匹配条件则产生与两束光强的乘积有关二次倍频其信号，经滤光片射入到光电倍增管PMT上。

【 图1  自相关仪光路原理图 】

由于倍频光信号仅与两束光强度的乘积项有关，图片，由此所产生的二次谐波，由光电倍增管接收记录。利用光脉冲强度相关法测量脉冲宽度，实质上就是把时间的测量转换成长度的测量，把光脉冲形状的测量转换成相关函数S(τ)波形的测量，其半高宽度的时间间隔即为脉冲宽度。

【 图2  自相关仪实物光路图 】

表1  FR-103XL型自相关仪定标因子(T/t)

1064nm脉冲激光器脉宽实测：

【 图3  1064nm脉冲激光器脉宽测试 】

【 图4  CDA软件测试结果（Gaussian、Sech2拟合）】

表2  CDA软件测试结果

从表2中可以看出Gaussian、Sech2拟合值结果相近，但与FWHM测试结果差值明显，所以CDA软件比示波器有更好的数据处理功能。

三、Femtochrome的自相关仪产品信息

• 宽的脉宽测试范围

• 旋转平行反射镜组件

• 无色散，高分辨率

• 互相关性

备注：

（1）非线性晶体厚度仅25um

（2）1mm长晶体、1ps分辨率时的噪声等效信号值

（3）最低重频：标准值～100kHz，带/LRR（低重频率选项）:4Hz

• 监测超短脉冲

• 激光器的光束诊断