Нелинейно-оптические методы измерений в фемтосекундной оптике

1.

Нелинейно-оптические методы
измерений в фемтосекундной оптике

2.

О важности измерения временного профиля
оптических импульсов
развертка фокусировки импульса

3.

О важности измерения временного профиля
оптических импульсов
схема изменения свечения
(люминесценции) молекулы
при ее фотодиссоциации
временная развертка дает
информацию о
молекулярной динамике
Приложения:
- сверхбыстрая спектроскопия
- лазерноиндуцированная химия
- лазерная метрология
- сверхбыстрое электрооптическое
тестирование микросхем
- лазерноиндуцированная плазма
- генерация высших гармоник
- аттосекундная оптика
- оптические коммуникации
- биомедицинские приложения

4.

Об интенсивности и фазе в импульсе
временное представление импульса
E (t ) Re I (t )exp i 0t i (t )
спектральное представление импульса
E ( ) S ( )exp i ( )t
d
1 d 2
( ) 0
0
d 0
2 d 2
0
0
2
...

5.

Об интенсивности и фазе в импульсе: линейный чирп
(временное представление)
Фаза импульса определяет
мгновенную частоту (цвет)
импульса
E (t ) Re I (t )exp i 0t i (t )
2
если (t ) t , то
d
(t ) 0 0 2 t
dt

6.

Об интенсивности и фазе в импульсе: линейный чирп
(спектральное представление)
Фаза импульса определяет
мгновенную частоту (цвет)
импульса

7.

Потеря информации о фазе в спектральных измерениях
E ( ) S ( )exp i ( )t
Измеряется
S ( )
, а не
( )

8.

Временные измерения: как достигнуть фемтосекундного
разрешения?
Все детекторы медленные (не быстрее 1 нс)
(самые быстрые - стрик-камеры)
но можно создать оптическую
задержку
2L c
300 мкм 2 пс
тройное отражение
сохраняет параллельность
входного и выходного
импульсов

9.

Автокорреляционные измерения
Детектор измеряет автокорреляционную
функцию импульса
(2)
A ( ) I (t ) I (t )dt

10.

Автокорреляционные измерения гауссовых импульсов

11.

Автокорреляционные измерения sech-импульсов

12.

Недостатки автокорреляционных измерений
автокорреляционная функция симметрична
A(2) ( )
I (t ) I (t )dt t1 t
I (t1 ) I (t1 )dt1 A(2) ( )
неоднозначность в восстановлении импульса

13.

Вариант решения - кубичные автокорреляционные измерения
Детектор измеряет автокорреляционную
функцию импульса
(3)
2
A ( ) I (t ) I (t ) dt
автокорреляционная функция несимметрична, но информация
о фазе по-прежнему утеряна

14.

Другой вариант – использование стробирование коротким
импульсом
Детектор измеряет кросс-корреляционную
функцию импульсов
C ( ) I (t ) I g (t )dt
требуется референсный импульс, короче измеряемого

15.

Последний вариант – поставить спектрометр
Frequency-Resolved Optical Gating (FROG)
детектор после спектрометра измеряет спектрограмму
проблема – решение обратной задачи восстановления импульса