利用壓電位移臺(tái)構(gòu)建光學(xué)延遲線:實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用案例分析
光學(xué)延遲線是一種引入光時(shí)間延遲的光學(xué)裝置,原理一般為通過(guò)改變光程來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)光傳播時(shí)間的控制。延遲線的搭建有一個(gè)很重要的參數(shù)就是掃描步長(zhǎng),和每一步延遲的準(zhǔn)確度,對(duì)于以位移臺(tái)為核心搭建的光學(xué)延遲線而言,這個(gè)精度取決于位移臺(tái)的步長(zhǎng)以及步進(jìn)的精度,因此采用高精度壓電位移臺(tái)是*好的選擇。實(shí)現(xiàn)方式如圖所示:入射光被安裝在壓電位移臺(tái)上的屋脊棱鏡反射兩次沿原方向回射,壓電位移臺(tái)可在水平方向左右移動(dòng),引入的光程差為移動(dòng)距離的兩倍,引入的時(shí)間延遲量為光程差除以光速??梢岳妹}沖間的時(shí)間延遲來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度的測(cè)量。
在超快科學(xué)領(lǐng)域,延遲線常用于自相關(guān)測(cè)脈寬,以及泵浦探測(cè),時(shí)域光譜等領(lǐng)域。由于飛秒量級(jí)的時(shí)間已經(jīng)遠(yuǎn)超出了示波器、PD探頭的響應(yīng)速度極限,因此無(wú)法直接通過(guò)示波器等儀器直接測(cè)出脈寬,一般通過(guò)自相關(guān)的方式進(jìn)行測(cè)量,自相關(guān)測(cè)量的原理是將一個(gè)脈沖分成等強(qiáng)度的兩個(gè)脈沖,使其中一束光通過(guò)延遲線后將兩束光合束并通過(guò)倍頻晶體(如BBO),通過(guò)PD探頭測(cè)量,PD探頭的測(cè)量結(jié)果正比于光強(qiáng) 。通過(guò)改變延遲線的時(shí)間延遲(控制位移臺(tái)移動(dòng))獲得一系列強(qiáng)度-位置數(shù)據(jù),利用得到將位置轉(zhuǎn)化為時(shí)間,即可得到自相關(guān)圖像,測(cè)得脈寬。
同時(shí)為了防止測(cè)量過(guò)程中引入的色散,自相關(guān)光路中一般盡可能的少引入透射元器件,保證測(cè)量的準(zhǔn)確性,一般使用中空屋脊棱鏡或者中空角錐。
自相關(guān)光路:
延遲線在泵浦探測(cè)中的應(yīng)用
下圖所示為一套基于馬赫-曾德?tīng)柛缮嬖O(shè)計(jì)的泵浦探測(cè)光路,采用環(huán)形反射鏡分割與合并波前。輸入光束的中心部分被一對(duì)安裝在壓電位移臺(tái)上的直角反射鏡反射,充當(dāng)延遲線的作用。延遲的步長(zhǎng)與精度取決于壓電位移臺(tái)的步長(zhǎng)與精度。在合束后,光束的外環(huán)形部分被聚焦成氣體射流產(chǎn)生高次諧波。光束的中心部分用于探測(cè),基于這種設(shè)計(jì)的光路,可通過(guò)調(diào)節(jié)阿秒脈沖串和紅外基頻激光場(chǎng)之間的相位差觀測(cè)到邊帶的調(diào)制,從而重建原始的阿秒脈沖信息。
參考文獻(xiàn)(對(duì)應(yīng)最后一張圖):
Y. Mairesse et al,Attosecond Synchronization of High-Harmonic Soft X-rays. Science 302, 1540 (2003);
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