加载中…FROG GRENOUILLE 频率分辨光学开关法(FROG)频率分辨光学开关法(FROG)
(2013-04-16 14:24:50)
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frog频率分辨光学开关法超短激光脉冲测量杂谈 |
FROG GRENOUILLE 频率分辨光学开关法(FROG)频率分辨光学开关法(FROG)
http://www.rayscience.com/syssite/home/shop/1/pictures/newsimg/1243309272.jpgGRENOUILLE
全球最强有力的和最易于使用的超短激光脉冲测量装置!完全超越取代自相关仪！低成本！
频率分辨光学开关法(FROG)
http://www.rayscience.com/syssite/home/shop/1/pictures/newsimg/1243309300.jpgGRENOUILLE
swamp optics Grenouille系列可以测量各种光源脉冲，从低能量的光振荡器到高能量的光放大器。测量脉冲从10fs到5ps。最近RAYSCIENCE又推出新产品，波长可覆盖1um，1.3~1.6um。
高精度，高重复性
高敏感度，实时
体积小，重量轻
免调整，便于操作
USB接口，可电脑控制
可测量：
脉冲强度和相位-时间特性
脉冲光谱和光谱相位-波长特性
光强空间分布
脉冲前沿倾斜
空间啁啾
http://www.rayscience.com/syssite/home/shop/1/pictures/newsimg/1243309319.jpgGRENOUILLE
|
GRENOUILLE model |
8-9USB |
8-20USB |
8-50USB |
8-300USB |
8-500USB |
|
波长范围 : |
700-1100nm |
||||
|
脉冲宽度范围 @ 800nm: |
~10-~100fs |
~18-~180fs |
~50-~500fs |
~0.3fs-~2ps |
~0.5fs-~5ps |
|
脉冲宽度范围 @ 1050nm: |
~8-~80fs |
~15-~80fs |
~30-~100fs |
~0.1fs-~1ps |
na |
|
时间分辨率 @800nm: |
3.7fs |
12fs |
17fs |
50fs |
90fs |
|
时间分辨率 @1050nm: |
2fs |
9fs |
13fs |
41fs |
na |
|
延迟增量@相机满帧分辨率 |
0.95fs/pixel |
0.85fs/pixel |
1.145fs/pixel |
11.5fs/pixel |
11.5fs/pixel |
|
时间范围1: |
336fs |
480fs |
1.9ps |
19ps |
19ps |
|
光谱分辨率 @ 800nm: |
5nm |
4nm |
2nm |
0.23nm |
0.05nm |
|
光谱分辨率 @1050nm: |
6.5nm |
15nm |
7nm |
0.8nm |
na |
|
光谱范围 @ 800nm1: |
300nm |
160nm |
50nm |
8nm |
10nm |
|
光谱范围 @1050nm1: |
400nm |
400nm |
125nm |
20nm |
na |
|
脉冲复杂性: |
Time-bandwidth product<~10 |
||||
|
强度精确度 : |
2% |
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|
相位精确度 : |
0.01rad (强度加权相位误差) |
||||
|
是否可单脉冲测量 ? |
请电话询问2 |
是。（自由运行模式和单脉冲触发均为标准模式） |
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|
灵敏度(单脉冲 ): |
请电话询问2 |
1μJ |
|||
|
灵敏度@108 pps: |
50mW(500pJ) |
10mW(100pJ) |
|||
|
灵敏度@ 103 pps: |
500μW(500nJ) |
100μW(100nJ) |
|||
|
空间分布精确度 : |
<0.2% （相机参数：8bit 480╳640像素） |
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|
空间啁啾精确度 (dx/dλ): |
１μｍ／ｎｍ |
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|
脉冲波前倾斜精确度 (dt/dx): |
0.05fs/mm |
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|
输入偏振要求： |
任何偏振态 (通过旋转GRENOUILLE) |
||||
|
输入光束尺寸要求： |
2-4mm(校准后) |
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|
输入光束侧向位移公差： |
>1mm |
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|
校准旋钮数量: |
无 |
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|
建立时间（触发器）: |
~10 minutes |
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|
尺寸(L×W×H) 单位cm3 w/camera: |
33×7.5×16.5 |
33×7.5×16.5 |
33×4.5×11.5 |
45×7.5×16.5 |
61×7.5×16. 5 |
|
重量 : |
3kg |
3kg |
1.2kg |
3kg |
6kg |
http://www.rayscience.com/syssite/home/shop/1/pictures/newsimg/1247049933.gifGRENOUILLE
参考资料
频域分辨光学开关是一种用于测量超短激光脉冲的通用方法，测量脉冲的时间尺度可从亚飞秒到纳秒。测量超短脉冲在早先很难实现，这是因为一般来说，测量一个事件，需要一个更短时间尺度的事件作为参照。而超短激光脉冲实际上是当前人类所能创造的最短时间尺度的事件。因此，对于超短激光脉冲的测量，此前人们认为是不可能的。FROG作为解决这个问题的最早技术，由Rick Trebino与Dan Kane于1991年提出，其主要思想是通过测量脉冲的“自谱图”（即脉冲在非线性光学介质中对其自身进行开关操作，开关操作后的脉冲又将其自身反映在它形成的谱中）。因为该谱是两脉冲间延迟时间的函数，使用二维相提取算法从便可从脉冲的FROG记录中提取脉冲的相关信息。
FROG替代了原有的自相关方法而成为当前测量超短激光脉冲的标准技术。旧的自相关方法只能大致估计脉冲长度，而FROG是谱分辨的自相关，允许人们利用相提取算法得到精确的脉冲强度，相信息和时间，对于简单脉冲与复杂脉冲皆能使用。简单的FROG配置仅需要一些简单排列的光学组件。FROG与GRENOUILLE（法语的FROG）在学术界与工业界的实验室中得到了广泛的应用。
[编辑] FROG
1991年，Kane与Trebino引入了FROG，它是一种简单的谱分辨自相关技术，仅仅需要将光谱仪从自相关器件边移动到其后[1][2][3] 。
FROG需要脉冲对其自身进行开关操作，所要进行的测量是光谱与两束脉冲间的延时。通常，参照脉冲的自身参数是容易得到的（FROG技术），如果再使用XFROG技术与此参照脉冲，对未知脉冲也可实现开关操作。一般表达式为
https://upload.wikimedia.org/math/5/a/e/5aef69c79ae87f127776f660800185d5.pngGRENOUILLE
其中信号场Esig(t, τ)作为时间与延迟时间的函数，通常的定义形式为Esig(t, τ)=E(t)Egate(t - τ)。FROG中，开关函数Egate(t - τ)，是希望测得的输入的脉冲场E(t)的函数。当非线性光学过程为二次谐波（SHG）时，Egate(t - τ) = E(t)；当使用极性开光（PG）时，Egate(t - τ) = |E(t)|2。在FROG中，Egate(t - τ)可为作用在参照脉冲上的任何已知脉冲函数。总的来说，Esig(t, τ)可为包含足够信息用于重构脉冲的时间与延迟时间的任意函数。
FROG和XFROG的迹（trace）被定义为脉冲的谱图（在FROG中，称为自谱图更为恰当）。它们通常能非常直观地描述脉冲。
理论上可以证明FROG方案优于自相关方法。令Esig(t, τ)为某一新信号场Esig(t, Ω)关于其频率Ω的一维傅立叶变换。容易证明（对下式中Ω进行积分，得到之前的方程）
https://upload.wikimedia.org/math/7/7/9/77990478699772633b9cb8134aaac8e0.pngGRENOUILLE
找到êsig(t,Ω)就足以决定脉冲场E(t)。这样，FROG的迹是êsig(t,Ω)的二维傅立叶变换的模平方，这形似于一维相提取问题，只是情况换作二维。人们已经证明，二维的相提取问题，实质上与一维相提取有很大不同，本质上是适定的（适定性问题），简单的。存在可靠的迭代算法适用于寻找所希望的二维场êsig(t,Ω)与E(t)。FROG的相提取问题是涉及到一般二维相提取算法，但略有不同，可以证明这种算法非常可靠，高效。除非脉冲形状特别复杂，一般笔记本上处理时间小于0.1秒。实际上，FROG已经成为一种对超短激光脉冲进行测量相当有效而灵活的手段，不论是由自由电子激光器产生的20fs的紫外（UV）脉冲，还是形状奇特的红外辐射（IR）。FROG已经可以轻松测量少周期飞秒脉冲，对设备进行一些改动便可用于测量阿秒脉冲[4][5]。
FROG还有一个方便的特性，就是它能够产生对其测量进行确认的反馈。因为所测得FROG的迹的信息远多于决定脉冲本身所需要的信息，当测得的迹与提取的迹吻合时，测量可以任定为正确。反之，可推断设备有问题，或输入脉冲场的时域空域参数被破坏了，测量不可置信。由于超短脉冲测量非常困难，这种反馈是很重要的。
使用FROG可以测量光子数只有几百（这意味着存在随机相，相干性很差），时域带宽超过1000（原子单位），时域空域参数不断变化的超短激光脉冲。
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