GCS-TPW 自相关法测量超短激光脉冲实验

超短脉冲激光已经在物理学、化学、生物学、医学等领域作为极短的时间探针来应用和研究，超短激光脉冲参 数的测量就变得非常重要。当激光脉冲到 ps 甚至 fs 的超短量级，采用诸如高速光电探测器 + 高速示波器的直接测量， 已经极其困难或成本极高难以接受。在此情况下，一系列间接测量方法被发展出来，其中自相关法具有运行稳定、 操作简单、精度高的优点，目前使用最广泛。了解学习自相关法的原理，对其技术细节进行研究并最终掌握该测量 方法，是本实验的设计初衷。

◆ 知识点：

迈克尔逊干涉、光程差、光延迟、光学非线性效应、相关性扫描

◆ 实验内容：

·观测晶体和频效应

·研究激光脉冲自相关性与晶体和频效应关系

·拟合皮秒激光脉冲强度自相关曲线

·测量皮秒激光脉冲宽度

◆ 实验原理：

利用改进后的迈克尔逊干涉光路，激光的时间量可以被转化成空间量。激光脉冲在光路中被一分为二，其中一 束被引入可变光学延迟线，再将两束激光合并，使一束激光对另一束激光进行扫描，合并后的激光被引入至非线性 晶体当中的同一点产生非线性效应。后端对产生的和频光进行接收和分析，当两束光所走过的光程完全相等也就是 由同一个脉冲被一分为二的两个“相关脉冲”同时进入非线性晶体时，产生的和频光最强。当光学延迟线对其中一

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束光产生延迟，使两个脉冲到达非线性晶体时产生了微小的“时间差”，和频光就会随即减弱。直至延迟量带来的 “时间差”完全使两个“相关脉冲”错开，和频光完全消失。这样即可扫描出和频光的强度随延迟空间量变化的曲线， 即强度自相关曲线。该曲线又可以根据光速转化成随时间量的变化，取曲线的半高全宽再匹配相应系数，即为激光 的脉冲宽度。

◆ 原理示意图：

 效果图：

和频结果实物图

◆ 技术指标：

·系统参数：同轴框架结构设计 四根高精度不锈钢杆分别位于 30mm 方形的四个角上，杆直径 6mm，杆间距 30mm；三 维转接多节点模块，可沿光路在全空间扩展；器件可沿框架同光轴移动；结构稳定，中心偏差 ≤1%；系统最大扫描范围 300ps，延迟分辨率 70fs，中心波长 1064nm；

·固体激光器组件：固体锁模皮秒激光器，中心波长 1064nm，稳定锁模状态下总输出功率 >1W@80MHz，脉冲宽度

<20ps，TEM00 模；

·半导体激光器泵浦组件：光纤耦合输出半导体激光器（泵源），中心波长 808nm，波长偏差 ±3nm，105um 光纤芯径，

NA0.22，出纤功率可调 Pmax>3.5W，温度可调 T 25-35℃；

·反射镜组件：介质膜反射镜，Φ=25.4mm，平均反射率 ≥99.5%@1064nm，带可调俯仰镜架，单轴调整量 ±3°；

·分光镜组件：消偏振分光棱镜，K9 材料，T/R=48/48±5% 独立偏振，a=25.4mm，斜面镀消偏振分光膜，外表面镀宽 带多层增透膜，带夹持器件；

·平移台组件：手动扫描延迟线最大移动距离 ±25mm，最小读数 10um；

·光电探测器组件：快速光电探测器，响应波长范围 900-1700nm，响应时间 <1ns；

·微弱光探测器组件：光谱相应范围 185-870nm，峰值响应波长 400nm，输入光口可安装标准 Φ25.4mm 滤色片或衰减片；

·实验外箱：标准光学底板 900（L）×600（W）×12.7（H），M6 点阵螺孔，间距 25mm，透明有机玻璃材质顶盖；

·精密机械调整架：角度精度 ±4′，分辨率 0.005mm，调节机构保证等双轴等高，横向偏差 1′，纵向偏差 1′；

·光学元件：BK7 A 级精密退火材料，焦距 ±2%，直径 -0.2mm，中心偏差 3′，光圈 1-5；局部误差 0.2-0.5，面粗糙度 60/40（Scratch/Dig），氟化镁增透膜镀膜，有效孔径 90%；

◆ 设备成套性：

实验箱、固体锁模皮秒脉冲激光器、同轴光纤耦合输出半导体激光器、迈克尔逊干涉系统、可变光学延迟线、 非线性晶体、快速光电探测器、微弱光探测器

◆ 必备设备：

电脑 ( 可笔记本 )

◆ 选配清单：

光学平台、光学清洁箱、激光防护眼镜、光学存储干燥箱、实验设备展板

◆ 建议课时：

4 课时