基于GRENOUILLE方法的超短脉冲消色散测量研究

摘要

超短脉冲具有高峰值功率和时间分辨率，在科学研究、医学、化学和生物学等方面获得了广泛的应用。在许多的应用场景中，需要获得脉冲的波形和位相信息，因此超短脉冲的测量十分重要。目前主要的测量方法中，存在器件成本高，光路不易调节的缺点，频率分辨光学开关法方法的简化装置GRENOUILLE系统，由于存在透射元件只能对百飞秒超短脉冲准确测量。本文研究了GRENOUILLE系统中脉冲的传输特点，通过脉冲反演消除透射元件的影响，主要的工作有以下几个方面。
　　介绍了单发频率分辨光学开关法和反演算法理论。计算了单发频率分辨光学开关法中各项参数，并搭建了测量系统。同时搭建了双脉冲产生的实验装置，优化定标方法对系统定标，该方法不依赖于时间延迟的绝对值，可以降低光路误差。
　　考察了不同的时间取样对脉冲还原的影响，结果表明圆形的迹线有利于脉冲的还原。最后，在时域Collins衍射积分的基础上，推导了光线反向传播时的Collinis衍射积分，并设计了基于快速傅立叶变换的数值计算程序，消除了透射元件色散的影响。研究了不同滤波参数对测量结果的影响，当滤波参数为5时，重建脉冲的光谱与脉冲的光谱基本一致，说明了测量的正确性。
　　本研究在不改变原透射系统简单、易调节特点的基础上，从软件上消除透射元件的影响，对超短脉冲测量研究有一定的理论价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 强度自相关技术与干涉自相关技术

1．2．2 几种常用的频率分辨光学开关法

1．3 本文主要研究内容

第2章 频率分辨光学开关法相关原理

2．1 引言

2．2 SHG-FROG倍频理论

2．2．1 瞬态振幅耦合波方程

2．2．2 色散影响

2．2．3 群速度失配的影响

2．3 二次谐波产生频率分辨光学开关法(SHG-FROG)的迭代算法

2．3．1 FROG迭代算法

2．3．2 主成分广义投影算法

2．4 GRENOUILLE的原理

2．5 本章小结

第3章 GRENOUILLE系统设计及定标

3．1 引言

3．2 GRENOUILLE设计

3．3 搭建GRENOUILLE及定标

3．3．1 双脉冲定标理论模拟

3．3．2 GRENOUILLE搭建

3．3．3 GRENOUILLE的时间定标与光谱定标

3．4 本章小结

第4章 脉冲测量及消色散

4．1 引言

4．2 FROG迹线的预处理

4．2．1 FROG迹线取样的理论模拟

4．2．2 FROG迹线的滤波

4．3 脉冲线性反演研究

4．3．1 Collins积分

4．3．2 时域Collins积分的逆变换

4．3．3 逆变换公式验证

4．3．4 实际脉冲的迭代还原

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢