皮秒条纹相机的标定

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1、物理990412物理PHYSICS1999年　第28卷　第4期　Vol.28　No.4　1999皮秒条纹相机的标定刘天夫　张步新摘　要　　介绍了一种通过迈克耳孙干涉仪，产生已知延迟时间间隔的双脉冲光作为校正用的基准时间间隔，利用条纹相机对超短激光脉冲进行精确测量的方法.关键词　　超短激光脉冲，迈克耳孙干涉仪，皮秒，飞秒，条纹相机CALIBRATIONOFPICOSECONDSTREAKCAMERASLiuTianfuZhangBuxin(DepartmentofInformationEngineering,ChinaInstituteofMetrology,Hangzhou31

2、0034)AbstractAmethodfortheprecisemeasurmentofultrashortlaserpulsesisdescribed.ApairofpulseswithaknowndelayintervalproducedbyaMichelsoninterferometerisusedasastandardintervaloftimeforcalibrationofthestreakcameraisusedinthemeasurement.Keywordsultrashortlaserpulse,Michelsoninterferometer,picose

3、cond,femtosecond,streakcamera1　前言　　随着信息科学技术的深入发展，皮秒(10-12s)和飞秒(10-15s)量级的超短激光脉冲的标准计量工作显得越来越重要.这不仅是由于超短激光脉冲应用领域日趋扩大，而且随着科学技术的发展，瞬态过程研究领域亦迫切需要科学、准确、统一的计量标准.例如，作为现代光纤通信系统，已经不仅仅要求提供电话通信服务，同时还要求能够提供计算机网络数据、多频道电视节目等多项综合业务服务.这就需要增加传输系统的带宽，加大光缆传输信息的容量.为了达到这一目的，最简捷的办法是提高光电源的调制频率，采用脉宽更窄的超短激光脉冲.又比如，在面向

4、21世纪的生命科学、遗传工程、生物技术等研究领域，利用超短激光脉冲作为瞬态过程的研究与探测手段，对飞秒、皮秒、量级超快速现象进行捕捉与释译，也是探索生命物种起源、成因的重要途径之一［1］.　　从以上所述不难看出，随着超短激光脉冲应用领域的不断扩大和它所起到的重要作用，需要对它进行精确的测量，它的标准计量工作是十分重要的.2　测量原理　　目前，对飞秒量级的超短激光脉冲没有直接测量的仪器，主要采用相关测量法.它是利用非线性晶体(如ADP，KDP等)，通过调整晶体的角度或改变晶体的温度，使它满足倍频位相匹配条件，产生二次谐波，通过对二次谐波的测量，间接地得到待测超短光脉冲的宽度，这种

5、方法通常被称作二次谐波产生法(SHG)，它的最高时间分辨率为飞秒(10-万方数据file:///E

6、/qk/wl/wl99/wl9904/990412.htm（第1／4页）2010-3-2310:06:00物理99041215s)量级；另一种方法称为双光子荧光法(TPF)，它是利用某些荧光物质具有能够同时吸收两个光子，然后辐射出一个能量较大的光子，即所谓双光子荧光特性，来测量超短脉冲的宽度，它的最高时间分辨率为亚皮秒(10-13s)量级［2］.而对于皮秒量级的超短激光脉冲，除了利用上述间接测量方法以外，目前国际上已有两种皮秒分辨率的可直接测量的仪器.一个是高速示波器，例如美国T

7、ek公司的采样示波器，它是利用上升时间小于30ps的光电二极管作采样探头，实现对50ps以上周期光脉冲信号的测量.另一个是条纹相机，例如日本浜松光电公司的C2908系列.条纹相机是将被测光信号通过狭缝，在光电面上聚集成像，并通过高压扫描偏转板加速、放大其二次电子，使它在荧光面上再度成像，通过观测条纹像的宽度，得到被测光脉冲的时间，它的最高分辨率为2ps［3］.　　当利用上述仪器观测研究皮秒量级的超快速现象过程中，对测得的皮秒量级实验结果的可靠性、真实性的正确判断十分重要.换句话说，对皮秒分辨率直读仪器的误差估计、并设法建立统一的标准校正方法，力求提高测量精度，是本文研究的主要内

8、容.为了这样一个目的，我们在利用条纹相机进行超短激光脉冲的精密测量中，采用了一种比较简单而准确易行的校正方法.具体做法是，通过迈克耳孙干涉仪设计两臂光程差，产生已知延迟时间间隔的双脉冲光作为校正用的基准时间间隔.而校正用的入射光源，采用主动锁模Ar＋激光同步泵浦Rh6G产生脉宽为2ps左右、频率为82MHz的染料激光.同时，利用已知延迟时间的标准平面透镜及100—200ps标准具，产生可变间隔的基准校正光源，得到了条纹相机最高扫速档的线性度校正曲线.3　实验方法及结果3.1　实验装置　　光源