CN114199389B - 一种基于干涉条纹的超短飞秒脉冲原位测量方法 - Google Patents

一种基于干涉条纹的超短飞秒脉冲原位测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114199389B
CN114199389B CN202111338781.1A CN202111338781A CN114199389B CN 114199389 B CN114199389 B CN 114199389B CN 202111338781 A CN202111338781 A CN 202111338781A CN 114199389 B CN114199389 B CN 114199389B
Authority
CN
China
Prior art keywords
pulse
femtosecond
ultra
detected
extreme ultraviolet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111338781.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114199389A (zh
Inventor
曹伟
徐会姚
弥康
张庆斌
陆培祥
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong University of Science and Technology
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong University of Science and Technology filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN202111338781.1A priority Critical patent/CN114199389B/zh
Publication of CN114199389A publication Critical patent/CN114199389A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114199389B publication Critical patent/CN114199389B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J9/00Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
    • G01J9/02Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J11/00Measuring the characteristics of individual optical pulses or of optical pulse trains

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明属于超快激光领域,具体涉及一种基于干涉条纹的超短飞秒脉冲原位测量方法,包括将原始超短飞秒脉冲分成两束,一束作为待测脉冲,另一束用于通过生成高次谐波得到极紫外阿秒脉冲或其脉冲串;控制极紫外阿秒脉冲或其脉冲串与待测脉冲之间的相对延时,之后合并并聚焦在稀有气体上以与稀有气体发生相互作用;阿秒极紫外脉冲和由稀有气体原子虚拟态辐射的光子之间的光学干涉导致了透射光谱中稀有气体原子单电离阈值之上的干涉条纹。微扰理论表明,这种条纹在频域中记录了超短飞秒脉冲的自卷积,可用来直接表征超短飞秒脉冲,无需重构算法。本发明是一种较为简便的用来直接测量飞秒脉冲的全光原位测量方法,可以测量任意少周期激光脉冲。

Description

一种基于干涉条纹的超短飞秒脉冲原位测量方法
技术领域
本发明属于超快激光领域,更具体地,涉及一种基于干涉条纹的超短飞秒脉冲原位测量方法。
背景技术
宽带飞秒脉冲因其在原子系统中的量子态操控、光化学反应中的相干调控和凝聚态物质中的光致相变方面的广泛应用而特别重要。关于脉冲幅度和相位信息,他们通常是触发光与物质相互作用的先决条件。用于完整表征激光脉冲最常用方法是频率分辨光学门(FROG)。为了恢复被测频谱图中缺失的相位信息,反复使用相位检索算法,通常会收敛到脉冲的正确解。另外现有研究还开发了其他方法,例如用于直接电场重建(SPIDER)和色散扫描(d-scan)的光谱相位干涉法,并提供了在空气环境下执行可靠的替代脉冲诊断方案。然而,上述方法存在潜在的局限性,即在光路中难以避免由于非线性晶体材料材料而引起色散,这可能导致数百纳米带宽的脉冲出现明显的偏差。
为了避免上述问题,还使用基于高次谐波(HHG)的阿秒脉冲在非色散环境中直接测量光脉冲。Goulielmakis等人使用阿秒条纹相机展示了第一台应用于光脉冲的示波器,其中光电子光谱的质心直接映射出光脉冲电场的矢势。然而,这种光电子能谱由于中心动量近似而受到带宽限制,并且利用的粒子检测技术比较复杂,为了避免空间电荷效应,数据采集耗费时间也很长。几种基于激光驱动高次谐波生成的全光学方法也显示了它们成功重建光脉冲波形的能力,这些基于强场的方案主要为离位测量,即脉冲的使用和测量在不同位置,并且可能会产生等离子体,使待诊断的电场波形失真,这不利于进一步的应用。
发明内容
针对现有技术的缺陷和改进需求,本发明提供了一种基于干涉条纹的超短飞秒脉冲原位测量方法,其目的在于解决现有飞秒脉冲的测量方法由于非线性晶体材料而引起色散以及因离位测量导致测量飞秒脉冲结果存在误差的技术问题。
为实现上述目的,按照本发明的一个方面,提供了一种基于干涉条纹的超短飞秒脉冲原位测量方法,包括:
将原始超短飞秒脉冲分成两束,一束超短飞秒脉冲作为待测脉冲,另一束超短飞秒脉冲用于通过生成高次谐波得到极紫外阿秒脉冲或其脉冲串;控制所述极紫外阿秒脉冲或其脉冲串与所述待测脉冲之间的相对延时大小,分别将每一种延时大小下的两束脉冲合并并聚焦在稀有气体上以与稀有气体发生相互作用,之后采集所述相互作用之后所述极紫外阿秒脉冲或其脉冲串的透射光谱;
对多个所述透射光谱处理得到吸收光谱,对该吸收光谱进行傅里叶变换得到二维频谱图,对位于所述二维频谱图中的2ω振荡特征沿频率轴进行积分,得到2ω振荡积分分布;通过对该积分分布的振幅开根号计算得到待测脉冲的振幅,通过对该积分分布的相位取二分之一得到待测脉冲的相位,由待测脉冲的振幅和相位重构出超短飞秒脉冲;所述2ω振荡特征为所述吸收光谱内的干涉条纹中的2ω振荡特征,其是所述稀有气体原子亮态通过吸收待测脉冲中的两个近红外光子并到达单电离阈值之上的虚拟态而得到,ω表示所述待测脉冲的频率。
进一步,通过将所述另一束超短飞秒脉冲聚焦在气体靶上以产生高次谐波,通过调整所述另一束超短飞秒脉冲在所述氙气靶上的聚焦位置,得到极紫外阿秒脉冲或其脉冲串。
进一步,所述稀有气体为氦气,所述气体靶为氙气靶。
进一步,所述干涉条纹的表达式为:
其中,表示在所述极紫外阿秒脉冲或其脉冲串与所述待测待测脉冲之间的延迟τ下能量En+Ω+Δmn处的光密度,g、k、m、n分别表示稀有气体原子的基态|g>、暗态|k>、激发态|m>和激发态|n>,En表示所述激发态|n>的本征能量,Ω为所述待测脉冲中的两个飞秒光子的和频,Δmn=Em-En表示所述激发态|m>到所述激发态|n>的跃迁能量,ω表示所述待测脉冲的频率,Re表示对括号内方程取实部,使用常数/>表示所述待测脉冲中两个飞秒光子的跃迁幅度,其中dij表示|i>和|j>态之间的偶极矩阵元,i=g,k,n;j=k,m,ω0表示所述待测脉冲的中心频率,Δkm=Ek-Em表示所述暗态|k>到所述激发态|m>的跃迁能量,/>是所述待测脉冲在频域中的自卷积,Aω和/>分别表示频率为ω的所述待测脉冲的频谱振幅和频谱相位,AΩ-ω和/>分别表示频率为Ω-ω的脉冲频谱振幅和频谱相位。
本发明还提供一种基于干涉条纹的超短飞秒脉冲原位测量系统,包括:分束镜,延时控制系统,打孔反射镜,极紫外光谱仪,以及处理器;
所述分束镜用于将原始超短飞秒脉冲分成两束,一束超短飞秒脉冲作为待测脉冲,另一束超短飞秒脉冲通过生成高次谐波得到极紫外阿秒脉冲或其脉冲串;所述延时控制系统用于控制所述极紫外阿秒脉冲或其脉冲串与所述待测脉冲之间的相对延时大小;所述打孔反射镜用于分别将每一种延时大小下的两束脉冲合并并聚焦在稀有气体上以与稀有气体发生相互作用;所述极紫外光谱仪用于采集所述相互作用之后所述极紫外阿秒脉冲或其脉冲串的透射光谱;
所述处理器用于对多个所述透射光谱处理得到吸收光谱,对该吸收光谱进行傅里叶变换得到二维频谱图,对位于所述二维频谱图中的2ω振荡特征沿频率轴进行积分,得到2ω振荡积分分布;通过对该积分分布的振幅开根号计算得到待测脉冲的振幅,通过对该积分分布的相位取二分之一得到待测脉冲的相位,由待测脉冲的振幅和相位重构出超短飞秒脉冲;所述2ω振荡特征为所述吸收光谱内的干涉条纹中的2ω振荡特征,其是所述稀有气体原子亮态通过吸收待测脉冲中的两个近红外光子并到达单电离阈值之上的虚拟态而得到,ω表示所述待测脉冲的频率。
进一步,所述延时控制系统为压电传感器控制的延时控制系统。
本发明还提供一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序,其中,在所述计算机程序被处理器运行时控制所述存储介质所在设备执行如上所述的一种基于干涉条纹的超短飞秒脉冲原位测量方法。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案,能够取得以下有益效果:
(1)本发明在探测光谱之前所需的硬件均为光学元件,且光共线聚焦在氦气上做瞬态吸收,即脉冲的使用和测量在同一位置,是一种较为简便的用来直接测量飞秒脉冲的全光原位测量方法。
(2)本发明方法研究了吸收光谱中稀有气体单电离阈值以上的干涉条纹图,通过进行傅里叶变换,可以选出由单个激发态产生的干涉条纹,这种干涉条纹在频域中记录了飞秒脉冲的自卷积,可以直接表征飞秒脉冲,不需要复杂的重构算法,利用本方法通过实例成功测量了600到900nm的超短飞秒脉冲。
(3)本方法利用瞬态吸收光谱技术,在光路中避免了由于非线性晶体材料而引起的色散问题,同时数据采集效率高,耗费时间短。
(4)当用于与合束发生相互作用的稀有气体是氦气时,激发该气体原子基态电子到激发态需要的能量不高,所以利用稀有气体氙气来产生极紫外阿秒脉冲串。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于干涉条纹的超短飞秒脉冲原位测量方法流程框图;
图2为本发明实施例提供的一种实验装置图;
图3为本发明施例提供的高斯飞秒脉冲测量原理图,其中,(a)为吸收光谱,(b)为二维频谱图,(c)为积分分布的振幅,(d)为积分分布的相位,(e)为高斯飞秒脉冲的测量结果;
图4为本发明施例提供的复杂飞秒脉冲理论测量结果;
图5为本发明施例提供的实验上对近傅里叶变换极限的高斯飞秒脉冲的测量结果,其中,(a)为吸收光谱,(b)为二维频谱图,(c)为选频后得到的干涉条纹,(d)为飞秒脉冲的测量结果;
图6为本发明施例提供的实验上对具有复杂波形飞秒脉冲的测量结果,其中,(a)为复杂波形飞秒脉冲的测量结果,(b)为复杂波形飞秒脉冲相位的测量结果;
图7为本发明施例提供的实验上对不同线偏振态的飞秒脉冲的测量结果。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明为原位测量超短飞秒脉冲提供了一种简易有效的方案,如图1所示,以7fs少周期近红外激光脉冲为例,对其具体步骤说明如下:
(1)使用充满氖气的空心光纤将钛:蓝宝石飞秒激光器(中心波长800nm,脉宽25fs)产生的红外激光光谱展宽,然后使用啁啾镜进行色散补偿,得到了7fs少周期近红外激光脉冲。
(2)使用分束镜分成两部分,透射光聚焦在氙气靶上以产生高次谐波(HHG),从而产生极紫外阿秒脉冲串,其脉冲持续时间约为400as,中心能量为21eV。随后使用铝膜过滤掉残余的飞秒脉冲。
(2)另一束飞秒脉冲为待测的超短飞秒脉冲,通过在光路中添加厚度可变的熔融石英以引入不同的色散量来控制飞秒脉冲的波形(用于研究本方法是否适用于不同波形的脉冲测量,经验证本方法的使用不受波形限制),利用半波片来控制飞秒脉冲的偏振(用于研究本方法是否适用于不同偏振态的脉冲测量,经验证本方法的使用不受偏振态限制)。利用打孔反射镜将两束脉冲进行合束,然后共线聚焦在气体靶上与原子发生相互作用,随后使用200nm铝膜过滤掉残余的飞秒脉冲,以阻止飞秒脉冲到达CCD相机。透射光谱被由光栅和CCD相机组成的极紫外光谱仪记录。
(3)利用延时控制系统精确调节飞秒脉冲与阿秒脉冲串之间的延时,对不同的延时进行扫描,得到每一个延时下的透射光谱。
(4)画出关于延时和能量的吸收光谱。对吸收光谱进行傅里叶变换得到二维频谱图,对吸收光谱单电离阈值之上干涉条纹中的2ω振荡沿二维频谱图的频率轴进行积分,得到2ω振荡的积分分布,通过求该积分分布的振幅的算术平方根得到待测脉冲的振幅,通过求该积分分布的相位的一半得到待测脉冲的相位,由得到的待测脉冲的振幅和相位重构出超短飞秒脉冲。
基于以上方法,本发明提出了一种原位测量任意超短飞秒脉冲的装置,如图2所示,包括飞秒脉冲,分束镜,凹面反射镜,氙气靶,铝膜,轮胎镜,打孔反射镜,延时控制系统,熔融石英,半波片,氦气靶,光栅和CCD相机。
分束镜将飞秒脉冲分为两束。透射光路中凹面反射镜将飞秒脉冲聚焦到氙气靶上得到极紫外阿秒脉冲串。利用铝膜将残余的飞秒脉冲过滤掉。利用轮胎镜聚焦极紫外阿秒脉冲串。反射光路中利用厚度可变的熔融石英来操控飞秒脉冲波形,利用半波片来控制飞秒脉冲的偏振。利用延时控制系统精确调控飞秒脉冲和极紫外阿秒脉冲串的时间延时。两束脉冲通过打孔反射镜进行合束,之后共线聚焦在氦气靶上。利用铝膜将残余的飞秒脉冲过滤掉。用由光栅和CCD相机组成的极紫外光谱仪记录透射光谱。
在以上测量飞秒脉冲的装置中,通过对吸收光谱单电离阈值之上干涉条纹中的2ω振荡沿二维频谱图的频率轴进行积分得到的积分分布,通过求该积分分布的振幅的算术平方根以及相位的一半得到待测脉冲的振幅和相位,由得到的待测脉冲的振幅和相位重构出超短飞秒脉冲。没有复杂的重构算法,是一种更为简便直接的全光原位测量方案。
下面举一个具体的实例。
如图2所示,利用50%反射的分束镜将中心波长为800nm的超短飞秒脉冲分为两路。透射飞秒脉冲聚焦到15托的氙气靶上来产生脉冲持续时间约为400as中心能量约为21eV的极紫外阿秒脉冲串。然后利用厚度为200nm铝膜过滤掉残余的飞秒脉冲。利用轮胎镜将极紫外阿秒脉冲串聚焦到氦气靶处。另一方面,反射飞秒脉冲是待测飞秒脉冲。通过在光路中加入厚度可变的熔融石英来控制飞秒脉冲的波形,利用半波片来控制飞秒脉冲的偏振。利用延时控制系统精确调控两路脉冲的时间延时。两路脉冲利用打孔反射镜共线聚焦到0.1Pa的氦气靶处与氦原子发生相互作用。利用厚度为200nm铝膜过滤掉残余的飞秒脉冲。最后透射光谱被由光栅和CCD相机组成的极紫外光谱仪记录。
图3为超短飞秒脉冲测量方法的原理图。基于少能级模型进行了数值模拟。超短飞秒脉冲采用飞秒高斯脉冲,数值模拟仅仅考虑了氦原子的基态1s2、激发态1s4p(23.77eV)和暗态1s4s(23.67eV)。将飞秒高斯脉冲传播到1mm熔融石英以包含一定量的色散,得到的吸收光谱如图3中(a)所示,从图3中的(a)中可看到距离激发态1s4p两个近红外光子的干涉条纹。1s4p状态最初由极紫外阿秒脉冲填充(极紫外阿秒脉冲将基态电子激发到激发态亮态1s4p态),然后飞秒脉冲调制1s4p的振幅并填充虚拟量子态1s4p2+(激发态上的电子通过吸收反射光中的两个近红外光子到达单电离阈值之上的虚拟态1s4p2+),由1s2和1s4p2+态之间的相干性引起的辐射偶极子会干扰极紫外阿秒脉冲场并在吸收光谱中形成干涉条纹(虚拟态辐射的光子与极紫外阿秒脉冲干涉并在吸收光谱中形成干涉条纹)。这是可用于飞秒脉冲表征的主要结构。
为了得到频域中干涉条纹的振幅和相位,对吸收光谱沿延时轴进行傅立叶变换,得到二维频谱图(即傅立叶光谱图),如图3中的(b)所示,沿着延时轴具有2ω振荡的特征位于傅立叶光谱图中的斜率为1的线上(由图3中的(b)中的虚线表示),2ω振荡是稀有气体原子亮态通过吸收反射光中的两个近红外光子到达单电离阈值之上的虚拟态而得到,该虚线与二维频谱图能量轴的截点对应中间亮态的能量。沿频率轴对2ω振荡进行积分会得到一个复杂的分布,图3中的(c)和(d)分别显示了积分分布的振幅和相位。
需要说明的是,当稀有气体的亮态有多个时,对应有多个单电离阈值之上的虚拟态,一个虚拟态对应一个这种虚线,每条虚线与二维频谱图能量轴的截点对应中间亮态的能量。
通过理论分析推导得到吸收光谱中干涉条纹的表达式为:
从该公式可知,该分布(干涉条纹的表达式做傅立叶变换并沿频率轴进行积分得到)与待测的超短飞秒脉冲的自卷积函数成正比(请注意,能量轴需向下移动1s4p的本征能量)。
根据卷积定理,飞秒脉冲在频域的自卷积函数正比于时域波形E(t)的平方的傅立叶变换:从积分分布的振幅和相位图可以直接检索(即测量)E(t),具体为:根据该公式/>通过求该积分分布的振幅的算术平方根以及相位的一半得到待测脉冲的振幅和相位,由得到的待测脉冲的振幅和相位重构出超短飞秒脉冲。
检索结果如图3中的(e)所示。图3中的(e)中的实线是原始高斯飞秒脉冲的波形,虚线是检索到的波形,检索到的波形与原始波形非常吻合,由于傅立叶变换的窗口有限,图3中的(e)中基线上的小振荡是伪影。
本发明能够对简单的高斯脉冲进行检索,还证明了具有更复杂时间结构的脉冲的检索,结果如图4所示,输入和检索脉冲之间的良好一致性表明当前方法的有效性。值得注意的是,使用极紫外阿秒脉冲或极紫外阿秒脉冲串对本发明同样适用,并不影响测量结果。
图5为实验上超短飞秒脉冲的测量结果。吸收光谱图的二维频谱图(如图5中的(b)所示表明,27eV附近的干涉条纹具有约1.3fs的调制周期。这些特征由位于斜率为1的线上的多个分量组成,表明多个1snp激发态收敛到氦的电离阈值。这些激发态对图5中的(a)方框表示的两个近红外光子的吸收相关的干涉图有贡献。如果选择多条路径进行分析,最终干涉图中会出现量子拍频效应,不利于直接测量飞秒脉冲波形。所以要选择涉及单个中间激发态的跃迁进行分析。选择激发态1s4p来检索飞秒脉冲波形,通过选择图5(b)中的虚线表示的频率分量来实现。选择后的干涉条纹如图5中的(c)所示。检索结果如图5中的(d)所示。通过拟合可知,飞秒脉冲的半峰全宽(FWHM)约为7fs。
图6为改变了飞秒脉冲波形(具有比图5波形的时间结构更复杂)的测量结果。检索结果如图6中的(a)所示。图6中的(a)中的实线是模拟脉冲波形,假设与图5中的(d)中检索到的相比,脉冲过度补偿了0.5mm熔融石英。虚线是实验中插入额外0.5mm熔融石英后直接测得的脉冲波形。可以看出检索到的结果与模拟结果吻合较好。图6中的(b)是比较了0.5mm熔融石英引起的测量(虚线)和计算(实线)光谱相位变化。相位曲线的弯曲主要来自二阶色散。预测的和测量的光谱相位之间的总体良好一致性证明了当前用于测量具有更高阶色散的脉冲的方法的可靠性。
图7为实验上研究了飞秒脉冲偏振方向对检索结果的影响,偏振方向通过利用半波片来控制待测飞秒脉冲(反射光)的偏振。实验结果表明,飞秒脉冲的偏振方向不会影响检索结果,本发明普适性高。因此,电场的正确检索对飞秒脉冲的偏振方向不敏感。
以上结果表明,此原理简单,为检索任意波形的线偏振超短飞秒脉冲提供了一种新的手段。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于干涉条纹的超短飞秒脉冲原位测量方法,其特征在于,包括:
将原始超短飞秒脉冲分成两束,一束超短飞秒脉冲作为待测脉冲,另一束超短飞秒脉冲用于通过生成高次谐波得到极紫外阿秒脉冲或其脉冲串;控制所述极紫外阿秒脉冲或其脉冲串与所述待测脉冲之间的相对延时大小,分别将每一种延时大小下的两束脉冲合并并聚焦在稀有气体上以与稀有气体发生相互作用,之后采集所述相互作用之后所述极紫外阿秒脉冲或其脉冲串的透射光谱;
对多个所述透射光谱处理得到吸收光谱,对该吸收光谱进行傅里叶变换得到二维频谱图,对位于所述二维频谱图中的2ω振荡特征沿频率轴进行积分,得到2ω振荡积分分布;通过对该积分分布的振幅开根号计算得到待测脉冲的振幅,通过对该积分分布的相位取二分之一得到待测脉冲的相位,由待测脉冲的振幅和相位重构出超短飞秒脉冲;所述2ω振荡特征为所述吸收光谱内的干涉条纹中的2ω振荡特征,其是所述稀有气体原子亮态通过吸收待测脉冲中的两个近红外光子并到达单电离阈值之上的虚拟态而得到,ω表示所述待测脉冲的频率。
2.根据权利要求1所述的超短飞秒脉冲原位测量方法,其特征在于,通过将所述另一束超短飞秒脉冲聚焦在气体靶上以产生高次谐波,通过调整所述另一束超短飞秒脉冲在所述气体靶上的聚焦位置,得到极紫外阿秒脉冲或其脉冲串。
3.根据权利要求2所述的超短飞秒脉冲原位测量方法,其特征在于,所述稀有气体为氦气,所述气体靶为氙气靶。
4.根据权利要求1至3任一项所述的超短飞秒脉冲原位测量方法,其特征在于,所述干涉条纹的表达式为:
其中,表示在所述极紫外阿秒脉冲或其脉冲串与所述待测脉冲之间的延迟τ下能量En+Ω+Δmn处的光密度,g、k、m、n分别表示稀有气体原子的基态|g>、暗态|k>、激发态|m>和激发态|n>,En表示所述激发态|n>的本征能量,Ω为所述待测脉冲中的两个飞秒光子的和频,Δmn=Em-En表示所述激发态|m>到所述激发态|n>的跃迁能量,ω表示所述待测脉冲的频率,Re表示对括号内方程取实部,使用常数/>表示所述待测脉冲中两个飞秒光子的跃迁幅度,其中dij表示|i>和|j>态之间的偶极矩阵元,i=g,k,n;j=k,m,ω0表示所述待测脉冲的中心频率,Δkm=Ek-Em表示所述暗态|k>到所述激发态|m>的跃迁能量,/>是所述待测脉冲在频域中的自卷积,Aω和/>分别表示频率为ω的所述待测脉冲的频谱振幅和频谱相位,AΩ-ω和/>分别表示频率为Ω-ω的脉冲频谱振幅和频谱相位。
5.一种基于干涉条纹的超短飞秒脉冲原位测量系统,其特征在于,包括:分束镜,延时控制系统,打孔反射镜,极紫外光谱仪,以及处理器;
所述分束镜用于将原始超短飞秒脉冲分成两束,一束超短飞秒脉冲作为待测脉冲,另一束超短飞秒脉冲通过生成高次谐波得到极紫外阿秒脉冲或其脉冲串;所述延时控制系统用于控制所述极紫外阿秒脉冲或其脉冲串与所述待测脉冲之间的相对延时大小;所述打孔反射镜用于分别将每一种延时大小下的两束脉冲合并并聚焦在稀有气体上以与稀有气体发生相互作用;所述极紫外光谱仪用于采集所述相互作用之后所述极紫外阿秒脉冲或其脉冲串的透射光谱;
所述处理器用于对多个所述透射光谱处理得到吸收光谱,对该吸收光谱进行傅里叶变换得到二维频谱图,对位于所述二维频谱图中的2ω振荡特征沿频率轴进行积分,得到2ω振荡积分分布;通过对该积分分布的振幅开根号计算得到待测脉冲的振幅,通过对该积分分布的相位取二分之一得到待测脉冲的相位,由待测脉冲的振幅和相位重构出超短飞秒脉冲;所述2ω振荡特征为所述吸收光谱内的干涉条纹中的2ω振荡特征,其是所述稀有气体原子亮态通过吸收待测脉冲中的两个近红外光子并到达单电离阈值之上的虚拟态而得到,ω表示所述待测脉冲的频率。
6.根据权利要求5所述的超短飞秒脉冲原位测量系统,其特征在于,所述延时控制系统为压电传感器控制的延时控制系统。
7.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序,其中,在所述计算机程序被处理器运行时控制所述存储介质所在设备执行如权利要求1至4任一项所述的一种基于干涉条纹的超短飞秒脉冲原位测量方法。
CN202111338781.1A 2021-11-12 2021-11-12 一种基于干涉条纹的超短飞秒脉冲原位测量方法 Active CN114199389B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111338781.1A CN114199389B (zh) 2021-11-12 2021-11-12 一种基于干涉条纹的超短飞秒脉冲原位测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111338781.1A CN114199389B (zh) 2021-11-12 2021-11-12 一种基于干涉条纹的超短飞秒脉冲原位测量方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114199389A CN114199389A (zh) 2022-03-18
CN114199389B true CN114199389B (zh) 2023-10-27

Family

ID=80647425

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111338781.1A Active CN114199389B (zh) 2021-11-12 2021-11-12 一种基于干涉条纹的超短飞秒脉冲原位测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114199389B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118050349B (zh) * 2024-02-26 2024-08-23 苏州大弘兴半导体检测技术有限公司 一种利用高次谐波检测薄膜电路表面吸附物的方法及装置

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2890991Y (zh) * 2006-04-12 2007-04-18 中国科学院上海光学精密机械研究所 激光脉冲展宽与压缩装置
CN101294850A (zh) * 2007-04-23 2008-10-29 中山大学 一种测量超短光脉冲光谱相位的新方法及其装置
CN101858789A (zh) * 2010-06-28 2010-10-13 北京大学 测量光脉冲载波包络绝对相位的光电离装置
WO2012164483A1 (fr) * 2011-06-01 2012-12-06 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Procédé et dispositif de génération d'impulsions attosecondes isolées
CN103389164A (zh) * 2013-07-19 2013-11-13 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种极紫外阿秒脉冲脉宽度量方法及装置
CN109632726A (zh) * 2018-12-13 2019-04-16 中山大学 一种基于量子相干控制的分子动力学测量方法及其装置
CN110987200A (zh) * 2019-12-17 2020-04-10 华中科技大学 一种阿秒脉冲的测量方法及装置
CN111006777A (zh) * 2019-12-17 2020-04-14 华中科技大学 一种飞秒脉冲的测量方法及装置
CN112595425A (zh) * 2020-12-03 2021-04-02 华中科技大学 一种超短激光脉冲测量方法及测量系统

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9746748B2 (en) * 2015-10-30 2017-08-29 University Of Ottawa Apparatus and method for generation of high harmonics from silicon
WO2019056127A1 (en) * 2017-09-25 2019-03-28 Institut National De La Recherche Scientifique METHOD AND LINEAR TIME GRID SYSTEM FOR ULTRACOURSE IMPULSE CHARACTERIZATION

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2890991Y (zh) * 2006-04-12 2007-04-18 中国科学院上海光学精密机械研究所 激光脉冲展宽与压缩装置
CN101294850A (zh) * 2007-04-23 2008-10-29 中山大学 一种测量超短光脉冲光谱相位的新方法及其装置
CN101858789A (zh) * 2010-06-28 2010-10-13 北京大学 测量光脉冲载波包络绝对相位的光电离装置
WO2012164483A1 (fr) * 2011-06-01 2012-12-06 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Procédé et dispositif de génération d'impulsions attosecondes isolées
CN103389164A (zh) * 2013-07-19 2013-11-13 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种极紫外阿秒脉冲脉宽度量方法及装置
CN109632726A (zh) * 2018-12-13 2019-04-16 中山大学 一种基于量子相干控制的分子动力学测量方法及其装置
CN110987200A (zh) * 2019-12-17 2020-04-10 华中科技大学 一种阿秒脉冲的测量方法及装置
CN111006777A (zh) * 2019-12-17 2020-04-14 华中科技大学 一种飞秒脉冲的测量方法及装置
CN112595425A (zh) * 2020-12-03 2021-04-02 华中科技大学 一种超短激光脉冲测量方法及测量系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于高次谐波阿秒光源的超快测量技术;曹伟 等;光子学报;第50卷(第8期);正文第5-12页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114199389A (zh) 2022-03-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Isinger et al. Accuracy and precision of the RABBIT technique
Tzallas et al. Direct observation of attosecond light bunching
Zhao et al. Phase-retrieval algorithm for the characterization of broadband single attosecond pulses
Ben-Nun et al. Ultrafast x-ray and electron diffraction: theoretical considerations
Bolzonello et al. Versatile setup for high-quality rephasing, non-rephasing, and double quantum 2D electronic spectroscopy
CN114199389B (zh) 一种基于干涉条纹的超短飞秒脉冲原位测量方法
Netz et al. Coherent population dynamics of a three-level atom in spacetime
Varju et al. Reconstruction of attosecond pulse trains using an adiabatic phase expansion
Davis et al. Experimental single-photon pulse characterization by electro-optic shearing interferometry
Diveki et al. Molecular orbital tomography from multi-channel harmonic emission in N2
US11415461B2 (en) Linear time-gate method and system for ultrashort pulse characterization
Wituschek et al. High-gain harmonic generation with temporally overlapping seed pulses and application to ultrafast spectroscopy
Gaynor et al. Nonresonant coherent amplitude transfer in attosecond four-wave-mixing spectroscopy
Nabekawa et al. Frequency-resolved optical gating technique for retrieving the amplitude of a vibrational wavepacket
US12092519B2 (en) All-optical light field sampling with attosecond resolution
Xu et al. Direct in situ measurement of an ultrashort pulse using an optical hologram
Lucchini Floquet interpretation of attosecond RABBITT traces
Nabekawa et al. Interferometric autocorrelation of an attosecond pulse train calculated using feasible formulae
Nagyillés et al. MIR laser CEP estimation using machine learning concepts in bulk high harmonic generation
EP4214482B1 (fr) Procede et appareil de controle du retard entre deux impulsions lumineuses
Cormier et al. Spectral phase interferometry for complete reconstruction of attosecond pulses
Köhn et al. Time-resolved analysis of strong-field induced plasmon oscillations in metal clusters by spectral interferometry with few-cycle laser fields
Närhi Measurements of noise-seeded dynamics in nonlinear fiber optics
Labate Diagnostics of Ultrafast and Ultraintense Laser Pulses
Li Single-shot visualization of evolving, light-speed refractive index structures

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant