超短激光脉冲的振幅和相位特性

借助此应用套件，可以按时间函数监控激光脉冲的光谱曲线。此技术被称为频率分辨光学控制 (FROG)，此为可用于各种实验几何形状的通用技术。该套件重点关注两种几何形状：放大系统的自衍射 (SD FROG) 和振荡器的二次谐波（SHG FROG）。

• 超短脉冲的测量

• 自衍射 FROG 和二次谐波 FROG

• 所有部件均经过选择和测试，可以配合使用

特征：

变换限制超短激光脉冲

根据时间带宽不确定性原理，超短激光脉冲携带大量带宽。如果落在激光脉冲带宽内的光谱分量是时间重合的（图 1.1），则称该脉冲处于其变换限制。变换限制脉冲意味着脉冲持续时间小。

Figure 1.1: The temporal relationship between selected Fourier components of a transform-limited pulse.

测量啁啾脉冲

材料特性（如色散）改变了光的光谱分量之间的（相位）关系，从而有效地在时间上分离脉冲的蓝色和红色分量（图 1.2）。这种效应称为啁啾，对于超短脉冲，该效应用于在时间上延长脉冲。虽然自相关可以测量超短脉冲的持续时间，但是它不能表征不同光谱分量之间的相位关系。其主要原因是自相关器使用单个元件光电探测器在脉冲的光谱曲线上进行有效积分。

Figure 1.2: The temporal relationship between selected Fourier components of a positively chirped pulse.

频率分辨光学开关 (FROG)

幸运的是，存在监测脉冲光谱形状随时间变化的技术。利用这些技术，可以对电场进行完整重建。在这些技术中，频率分辨光学开关 (FROG) 可能是直接和容易实施的。如之前所述，利用 FROG 可以对输入场进行全相位恢复，而不会出现像自相关那样的不确定性。应用说明 33 介绍了一种简单、低色散、易于使用的通用 FROG 装置，该装置可以在 Newport 慢扫描自相关仪平台（如应用说明 27 中所述）上轻松实现。

自衍射 FROG 几何形状

自衍射 FROG (SD FROG) 几何形状是为放大系统提供的。SD FROG 轨迹提供了脉冲（例如保留时间的方向）的直观图像，这是用于实时激光对准的十分理想的功能。此外，该几何结构与慢扫描自相关仪相同，非线性介质均为薄片玻璃（小于 200 µm），因此具有高并且可以直接实现。缺点是 SD FROG 需要大多数超快振荡器无法提供的相对较高的峰值功率，因此其使用受限。

Diagram of SD FROG Setup

二次谐波 FROG 几何形状

二次谐波 FROG (SHG FROG) 几何形状是超快振荡器的可行的选择。SHG FROG 只是一个光谱分辨自相关器。虽然在测量中丢失了光谱相位的符号，但是可以使用高效算法推导出光谱相位的次序和数量级，如果需要，还可以通过执行额外的测量来确定光谱相位的符号。（Rick Trebino，“频率分辨光学控制：超快激光脉冲测量"，Norwell，MA，Kluwer 学术出版社 (2000)）

Diagram of SHG FROG Setup

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