基于频率分辨光学门的超短光脉冲的完整测量技术

【摘要】：超短脉冲的测量一直是科学研究的热点和难点。多年来,我们可以产生出超短脉冲,却无法完整地测量它们。尤其是近年来,随着超短光脉冲产生技术的不断发展,已经可以产生飞秒量级的脉冲,而传统的测量方法已经不能完整测量这种超短脉冲,于是许多新型的测量方法应运而生。在这些方法中,基于时频技术的频率分辨光学门(frequency-resolved optical gating,简称FROG)能够严格、全面地测量脉冲的振幅和相位,可以用来测量各种波长和能量的超短脉冲。 1993年Trebino工作室第一次提出了频率分辨光学门(FROG)这种概念,并指出在大多数情况下,由FROG测量的输出量(称为谱图),可以利用数学方法建立脉冲恢复运算并作出脉冲的完整描述。由于可以实时测量超短脉冲的强度和相位,FROG的诞生成为了超短脉冲历史上的一次重大进步。对测量超短脉冲而言,FROG是一种极其便利的方法,可以帮助我们更好的理解脉冲的特性以及超短脉冲的产生过程。 本文详细介绍了FROG技术回归脉冲幅度相位的原理,并在传统的算法基础上进行了改进,提出了一种改良的相位恢复算法,即广义投影法。我们对初始假想脉冲计算出其FROG图,并通过算法实现对真实脉冲的幅度和相位的回归。研究发现,对于不同的初始假想脉冲形状,我们的算法都可以回归出很完美的幅度和相位。考虑到实际情况,对FROG图引入了噪声干扰,仍然回归出了比较理想的脉冲。通过仿真模拟计算了回归的相位和幅度与真实脉冲的误差,证明了FROG方法对于超短脉冲测量的强健性。 此外,为了进一步提高测量的精确性和完整性,提出了一种将FROG与数字全息术这种同样新兴的技术结合测量超短脉冲的模型,并在理论上对新方法进行了算法分析,初步证明其可行性。