Frog测量法&Spider测量法在线视频

那如果想要提供相位信息

怎么办

这就是我们这一部分讲的

第二部分的内容

叫频率分辨光门

叫FROG法

叫Frequency resolved optical gating

取字头就叫FROG就是青蛙法

青蛙测量方法

青蛙测量方法它来源于哪儿呢

刚才说过了想记录它的相位信息

也就是说

随着这个时间的传输

这个脉冲的频率

有什么变化 怎么变呢

这个大家想一下乐谱

乐谱是怎么做的

就是随着横轴是时间

然后纵轴是一个频率

记成了do re mi fa sol la si

记成了不同的位置

那这个能不能用到

自相关迹里头来呢

想了一下说

这个办法还是可以的

怎么用呢

举一个简单的例子

比方说前面讲的

材料色散导致的是线性啁啾

线性啁啾有3种

一个就是负啁啾是往下的

一个是中间那个是没有啁啾

所以它的这个啁啾是等于零的

还有一个呢

是上啁啾是往上走的

那对应的脉冲形状是什么样子的呢

看一下没有啁啾的时候

没有啁啾意味着

就是这个脉冲

记得脉冲是在时间域

横轴是时间轴

那也就是说在这个脉冲的

每一个点的这个位置处

它的所有的频率成分是相同的

就叫没有啁啾

所以看到是一个白颜色的脉冲

那但是如果它有啁啾呢

就是

要么就是红光在前蓝光在后

要么就是蓝光在前红光在后

都产生啁啾

那从这个图大家看一下

下面这个图就是

第二个最左边那个彩色图

这个上面那个

是随着时间不一样

它的脉冲的频率成分是不一样的

那如果它是往下走的呢

代表左边的脉冲成分

它的频率是高频

高频对应的是短波长

就是蓝颜色的光

而右边的这个频率呢是低频

低频对应的是红颜色的光

所以如果啁啾是长成这个模样的

脉冲的形状呢

就变成了一个

从左边是蓝

蓝绿黄红过来的

那如果倒过来呢

就变成了右边这个图了

就是先红后蓝

这是两种啁啾类型

那如果要想把它测出来

记录下来这个形状

就其实就是一个频域图了

就是在横轴哈

先测第一个脉冲第一个点

给它一个频谱测出来

在测第二个点再测它的频谱

然后把每一个点的频谱记录下来

就是第三排的这个图形

其实这个就相当于

是一个等高图

就是横轴是时间轴

就是这个脉冲

任何一个位置处时间位置处的这个点

纵轴代表每一个点处的频谱

至于是红光还是蓝光呢

光强还是光弱

就由这个等高图

就是彩色图就出来了

所以这个呢

就变成了下面红颜色

这个图看着还挺漂亮

像飞碟一样

下啁啾就是这样倾斜的

没有啁啾是平的

上啁啾就是朝这边倾斜的

那这个图就是

含有了相位信息

那把这个图反演过来

就可以找到原始的脉冲信息了

所以这个就是frog的基本的原理

那看一下右边这个图

就是怎么操作

就是给它一个频率分辨光门

就是给它一个小的门

让它一下开一下 开一下 开一下

就把这个脉冲的每一个位置处的

相位信息就记录下来

那这个光门怎么来产生呢

也是这样

脉冲已经够窄了

再产生一个比脉冲还窄的门

那怎么产生呢

也只能是自己产生自己

所以呢这个里头

就是产生了一个叫做延迟分辨

所以管它叫

频率分辨率光门

叫frog方法

这个frog它的光谱

大家可以看得到

光谱是做傅里叶变换变出来的

是用A(l,t)乘上Alt减τ

它做强度反傅里叶变换变出来

实际上

这个实际光路怎么做的呢

这个是它的

这个frog的实际方法

这个frog

其实有很多不同的类型

比方说有这个偏振门

有这个什么二次谐波门 三次谐波门

有不同的门

举个例子就好了

怎么用的呢

还是这样

左边仍然是一个迈克尔逊干涉仪

跟前面说的

强度自相关是一样的

只是在出来的这个光

E(t)和E减τ

在经过透镜进入到

这个非线性晶体的时候呢

把这两束光

它的光强做成不一样的

就是上面那束光

因为E的t减τ是做门的

这一个τ 一个τ 一个τ

是作为这个光门的

所以上面那一路呢

让它光强强一点

当做一个门儿

下面这一路是作为

被探测的那个信号的

那因此呢

出来的这个光到探测器上呢

就变成了这个信号就是E(t)

这个是要探测的信号

后边那个E的t减τ模的平方

那个是做门来用的

这样子当这个τ不一样的时候

就可以测出

那个脉冲不同位置处它的光谱信息

然后通过这个光谱信息

再把它反演就可以求出原来

这个脉冲的信息了

这个是频率分辨率光门

它这个优点在哪呢

就是刚才说过了

最主要的是

不仅提供这个脉冲的形状

还可以提供它的相位

和频率啁啾信息

同时呢这个装置

不仅可以做多次发射的脉冲

也可以测单次发射脉冲

但是它的缺陷在哪儿

就是第一个是大家都有的

因为有非线性晶体

那因此这个频带的宽度受限制

可测的这个波长和范围受限制

当然说过了

可以换晶体嘛

换这个倍频晶体

还有一个问题呢

就是它这个相对的来说

这个光束这个光路是比较复杂的

比那个强度自相关要复杂

还有一个问题

还有一个问题在哪儿呢

因为测量的

那是一个光谱图

每一个位置处都测出一个谱来

每一个位置处测出一个谱来

当它反演的时候

这个运算量是比较大的

所以要想实时出结果

就有点难

就是测一副图出来

得等着等它计算机

让编好了程序算

算完了之后给一个

脉冲的相位信息一个脉冲的形状

所以相对的来说是比较慢一些

但是它可以提供的信息很丰富

所以这个就叫

频率分辨率光门也叫frog法

这个是用二次谐波frog

测量的4.5飞秒的

它的频谱图

上面是测量的这个谱图

看到是一个

就是这个一个等高图

由它反演出来的

这个脉冲左边下面

下边这个黄颜色的脉冲是它的

这个时间域就是脉冲信息

可以得到是一个4.5飞秒

它的这个啁啾呢是

绿颜色的那条曲线

这个就是脉冲的相位信息

或者叫啁啾信息

右边这个呢

是它的光谱图也是

这个红颜色的是它的光谱的振幅

绿颜色的它的相位信息

那所以可以由那个图反演回来

这个脉冲的形状

可以看到这个脉冲

就不是一个标准的高斯脉冲了

这个是给的一个实际的例子

在这个基础之上呢

就还有一种这个测量的方法

叫做自参考相干电场重构法也叫

Self－referencing

Interferometry for

Direct Electric

Field Reconstruction

也是挑字头叫spider

就是蜘蛛法哈简称叫蜘蛛法

这个方法呢

用的是什么办法呢

看一下它的基本原理

就是刚才一个啁啾脉冲

啁啾脉冲它如果是有啁啾的

这个本身脉冲里头就含有啁啾信息

也就是在这个脉冲的不同位置处

它的这个光谱的形状是不一样的

那这个时候为了提高效率

同时进来两个脉冲

这两个脉冲对应的是两个

刚才那个啁啾脉冲的两个不同的位置

把它们做和频

和频之后呢

因为

这个左右两个脉冲它们对应的

这个光谱就是这个脉冲本身的信息

是不一样的

因此它合频出来的

脉冲的颜色也是不一样的

就是光谱信息是不一样的

所以它出来以后呢

在光谱图上

就变成了两种不同的颜色了

这个间隔是Ω

因此呢输出的这个脉冲信号

就含有这个脉冲的啁啾信息

然后把它也做叠代反演

这个有一套计算方法

做这个计算机叠代反演

就可以得到原来的那个脉冲形状

这个测量方法的特点呢

就是它这个计算过程比较简单

所以算的速度是比较快的

因此可以实时重构

就是说这个谱测出来之后

等个一两秒

或者说等的时间比较短

这个图形就出来了

灵敏度也比较高

可以测量

这个没有放大的单脉冲

这个是它的spider的实验装置

就看着有点这个眼花

其实呢主要是分两个主要的部分

一个部分看这个

脉冲从左边进来红颜色的光

左边进来经过BS1分束片儿 1

分出两束来

一路穿过去之后

刚才说过了

那个脉冲的要携带啁啾信息

所以要把

这个啁啾变得大一点儿

给它做色散展宽

所以加了一个群色散延迟系统

让这束脉冲进来之后呢

经过这个群延迟系统过来

打到这个下面这个角镜

就是一个凹面镜

出来就是红颜色这条线

然后这个另外一路光呢

知道

需要产生两个脉冲

这两个脉冲

仍然是用同一束脉冲光产生的

怎么产生的呢

看这个在角镜BS1上来的曲线

蓝颜色的曲线

反射下来以后到BS3的时候

分成两束

一束经过右边

经过右边这个镜子

上来经过BS2出来

然后经过蓝颜色的光就打到了

这个PFM镜子上了

那还有一路光呢

是从BS3直接下来变成了

这个黄颜色的光橙黄色的光

它走这条路

它们俩的这个

这个BS2和BS3

它们两个走的光路是重合的

但是它们两个的延迟

这个因为用的两个延迟线

所以它们的延迟的时间不一样

因此把这个脉冲就分成了

就是这两个小脉冲

就两个小的

那个蓝颜色这条曲线的

两个小脉冲

就有一定的时间间隔

然后这个

让它跟上面那个啁啾脉冲

让它们两个打到这个

非线性晶体中去做和频

和频出来以后也是这样

加一个狭缝

只要那个和频信号

出来以后

经过探测器

这样就可以测到

带有啁啾信息的那个脉冲信息

然后拿它做反演做计算机反演

反演回来就可以得到

初始脉冲的信息了

这个的优势呢

就是它的速度比较快

但是它的这个相对的来说

装置就略为复杂一点

就是各有优缺点

但是它最重要的是

可以提供相位信息

所以这个就是给出来的

三种测量脉冲的方法

通常用的就是如果脉冲

脉宽比较不窄

就是这个脉冲

不要求高的话

用强度自相关来测

强度自相关的分共线和非共线两种

但是它没有相位信息

如果想要测相位信息呢

一种用frog法

一种用spider法

都可以提供相位信息

这个就是测量装置的基本介绍

那这章就讲到这里

谢谢大家