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Femtochrome的自相關儀測試原理及其產品介紹 - 筱曉光子精品速遞② 2021-08-27

自相關儀是多年來發展的專門用于測量脈沖寬度的儀器,筱曉光子提供的Femtochrome自相關儀是世界上獨具特色的自相關儀,采用非共線形式消除背景光,可以達到較高的測量精度。其使用了具有專利保護的轉鏡延遲線,速度快,準確度高。配置的PMT具有10-7W2靈敏度,是超快脈沖激光器測試有效,精確的儀器。

超短脈沖激光由于其脈沖寬度極窄,只有幾個皮秒甚至達到飛秒量級,可以得到極高的峰值功率密度,所以在物理學、生物學、化學、光通訊等領域中得到了廣泛應用。具有快速和分辨率高等特性,從而形成了多種時間分辨光譜技術和泵浦/探測技術,在快速化學反應動力學研究、高分辨醫學診斷、醫學相干成像和生物活體檢測、外科醫療及超小型衛星的制造上都有其獨特的優點,起到了不可替代的作用,并且開創了一些全新的研究領域,如量子控制化學、半導體相干光譜等。

當脈沖寬度窄至飛秒量級時,飛秒脈沖與納米顯微技術的結合使高功率飛秒激光在原子物理學、醫學、超精細微加工、高密度信息儲存和記錄方面都有著很好的發展前景。物質在高強度飛秒激光的作用下會出現非常奇特的現象:氣態、液態、固態的物質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相互作用,能夠產生足夠數量的中子,可用于實現激光受控核聚變的快速點火,這將為人類實現新一代能源開辟一條嶄新的途徑。

綜上所述,超短光脈沖尤其是飛秒激光作為揭示物質內部微觀動力學的有力工具正在推動著基礎研究和新技術的發展。



一、脈沖激光器脈寬測試方法


得到了超短激光脈沖,相應的脈沖測量手段就顯得尤為重要。無論是在時域還是在空域,對于任意快的時間變化過程或者是任意小的空間尺度的測量,都需要更快更短的時空尺度來衡量。

而現有的zui快的光電探測器寬帶示波器的響應時間只能達到幾十個皮秒的量級,因此對于超短激光脈沖來說,僅利用光電二極管結合示波器進行測量就顯得無能為力,唯一的辦法只能利用超短脈沖激光本身。

長期以來,為了準確研究超短脈沖,人們已經形成了二階自相關法、頻率分辨光學開關法、自參考光譜位相相干電場重建法、雙光子響應的測量等測量方法。





二、Femtochrome的自相關儀測試原理及其產品介紹


Femtochrome FR-103XL型自相關儀采用一對平行平面反射鏡繞中心軸旋轉的邁克爾遜干涉儀配置方式,其總體結構如圖1所示。

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

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,在單獨入射時不產生二次諧波,當兩束光同時入射合成波矢量滿足相位匹配條件則產生與兩束光強的乘積有關二次倍頻其信號,經濾光片射入到光電倍增管PMT上。


微信圖片_20210827112301.jpg


【 圖1  自相關儀光路原理圖 】



由于倍頻光信號僅與兩束光強度的乘積項有關,圖片,由此所產生的二次諧波,由光電倍增管接收記錄。利用光脈沖強度相關法測量脈沖寬度,實質上就是把時間的測量轉換成長度的測量,把光脈沖形狀的測量轉換成相關函數S(τ)波形的測量,其半高寬度的時間間隔即為脈沖寬度。



微信圖片_20210827112324.jpg


【 圖2  自相關儀實物光路圖 】



相關函數的波形與實際脈沖的關系可以用定標因子來表示,轉動平面反射鏡可以選擇1.25/2.5/5Hz的旋轉頻率,定標因子見表1。



1  FR-103XL型自相關儀定標因子(T/t)


序號
旋轉頻率(Hz)定標因子T/t(psec/msec)
1
1.25
3.9
2
2.5
7.75
35
15.5


1064nm脈沖激光器脈寬實測:


微信圖片_20210827112344.jpg


【 圖1064nm脈沖激光器脈寬測試 】


微信圖片_20210827112401.jpg


【 圖4  CDA軟件測試結果(Gaussian、Sech2擬合)】


表2  CDA軟件測試結果


序號
典型脈沖波形脈寬(ps)
1
FWHM20.54
2
Gaussian14.52
3Sech213.31


從表2中可以看出Gaussian、Sech2擬合值結果相近,但與FWHM測試結果差值明顯,所以CDA軟件比示波器有更好的數據處理功能。



三、Femtochrome的自相關儀產品信息



產品特點:


  • 寬的脈寬測試范圍

  • 旋轉平行反射鏡組件

  • 無色散,高分辨率

  • 互相關性




自/互相關儀FR-103MCFR-103XLFR-103TPMFR-103WSFR-103HP
分辨率
1fs(1)1fs(1)1fs(1)5fs(1)1fs(1)
波長范圍
500-3400nm410-5000nm
700-2200nm
410-5000nm410-5000nm
掃描范圍>40ps>195ps>70ps>470ps>70ps
脈寬范圍
5fs-15ps5fs-100ps5fs-20ps15fs-250ps5fs-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)
計算機數據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長晶體、1ps分辨率時的噪聲等效信號值

(3)最低重頻:標準值~100kHz,帶/LRR(低重頻率選項):4Hz



產品應用:


  • 監測超短脈沖

  • 激光器的光束診斷



訂購信息:
型號:FR-103MC/XL/TPM/WS/HP
波長范圍:410-5000nm
脈寬范圍:5fs-250ps
靈敏度[(PavPpk)min]:10-7W2
關鍵詞:自相關儀、互相關儀、脈寬測試、脈沖測試、非線性晶體型快速掃描自相關儀、非線性晶體型快速掃描互相關儀、超短脈寬測試儀、脈沖激光脈寬測試儀、飛秒&皮秒脈寬測試儀
產品鏈接:http://www.trekkingilemaurice.com/?a=cp3&id=271












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