Измерение длительности ультракоротких импульсов
При работе с импульсным излучением помимо средней мощности/энергии излучения часто необходимо измерять длительность импульсов. Для измерения длительности ультракоротких (фс/пс) импульсов, где электронные приборы слишком медленные, используют автокорреляторы. Их разделяют на несколько основных групп по принципу работы и схеме.
Автокорреляторы интенсивности (неколлинеарный, бесфоновый метод)
Светоделитель делит исходный импульс на два пучка, которые фокусируются на нелинейный кристалл. С помощью перестраиваемой линии задержки создается временная задержка между двумя копиями импульса. Если длина плеча достаточно мала, и оба сигнала попадают в нелинейном кристалле одновременно, происходит генерация второй гармоники, которая детектируется на фотоприемнике на выходе из прибора. Если увеличивать задержку по времени, то перекрытие двух импульсов в кристалле уменьшается, и результирующий сигнал становится слабее.
Рисунок 1 – Принципиальная схема работы неколлинеарных автокорреляторов
Для измерения длительности импульса определяется мощность результирующего сигнала как функция длины плеча и времени задержки. Для импульса, имеющего форму гиперболического секанса, длительность импульса равна ~0,65 от ширины результирующего сигнала автокорреляции, и этот коэффициент зависит от формы импульса.
Такой метод называется бесфонновым, так как сигнал исчезает при больших временных задержках, что позволяет определять общие свойства импульса, но не дает детальной информации, в отличие от интерферометрического метода.
Интерферометрический автокоррелятор (коллинеарный метод)
Схема автокоррелятора содержит интерферометр Майкельсона с изменяемой длиной плеча. Аналогично с бесфоновой схемой импульс делится на два сигнала, между которыми создается изменяемая временная задержка. Но за счет того, что два импульса направлены в нелинейный кристалл коллинеарно, они интерферируют, что делает прибор чувствительным в фазе излучения и изменению частоты внутри импульса.
Рисунок 2 – Принципиальная схема работы коллинеарных автокоррелоторов с интерферометром Майкельсона
Автокорреляторы с двухфотонным поглощением TPA
В отличие от описанных выше методов в автокорреляторах TPA нет нелинейного кристалла. Импульс делится на два сигнала, и между ними создается варьируемая временная задержка, но вместо нелинейного кристалла импульсы направляются на фотодетектор или материал с широкой запрещенной зоной. За счет двухфотонного поглощения, когда импульсы накладываются друг на друга, возникает фототок, пропорциональный квадрату интенсивности исходного импульса.
За счет компактности таких приборов они удобны для интеграции и использования в готовых портативных системах системах и позволяют проводить измерения в широком спектральном диапазоне без необходимости дополнительности перестройки.
Автокорреляторы на основе нелинейных кристаллов для измерения в широком спектральном диапазоне
В стандартную комплектацию входит один нелинейный кристалл, исходя из выбора заказчика - BBO для 410-600 нм, KDP для 510-1100 нм и IR для 850-5000 нм. Стандартная толщина кристалла также определяется заказчиком (0,1 мм / 0,3 мм / 1 мм) с учетом компромисса между разрешением (более тонкий кристалл) и чувствительностью (более толстый кристалл). Как правило, толщина кристалла 0,3 мм достаточна для импульсов с длительностью до ~ 30 фс. При более коротких импульсах необходим более тонкий кристалл. Для длительности импульсов менее 10 фс необходима нестандартная толщина кристалла <25 мкм.
Стандартные автокорреляторы работают в бесфоновом (неколлинеарном режиме), при необходимости схема может быть заменена на коллинеарную с интерферометром Майкельсона. Также автокорреляторы могут быть оснащены коннекторами для ввода излучения из волокна и встроенным ПК для вывода данных.
|
Универсальный автокоррелятор FR-103XL |
Мини-версия автокоррелятора FR-103MN |
Автокоррелятор для высокомощных лазеров FR-103HP |
Автокоррелятор с расширенным диапазоном FR-103WS |
|
|
|
|
|
|
|
|
Автокорреляторы на основе двухфотонного поглощения
|
FR-103MC – компактная модель автокоррелятора на основе коллинеарного интерферометра Майкельсона. Отлично подходит для OEM-применений и измерения импульсов в диапазоне 5 фс – 15 пс. Автокоррелятор прост в использовании, обладает хорошей чувствительностью и высоким разрешением. Стандартный автокоррелятор предназначен для ввода излучения из free-space и также может быть оснащен адаптерами для ввода излучения из волокна. Особенности:
|
|
Автокоррелятор FR-103TPM может быть внедрен в систему для анализа излучения, не влияя на ход луча, и отлично подходит для применения в двухфотонной микроскопии. Особенности:
|
|