全反式超短脉冲测量系统的光学设计研究

论文摘要

超短脉冲技术不断突破,其时间宽度越来越窄、峰值功率越来越高,使得超短脉冲在各个研究领域的应用场景更加广阔。但是在这些应用中,需要获得脉冲的脉宽、位相等详细参数,因此超短脉冲的精确测量就变得尤为重要。由于超短脉冲测量系统中透射元件的存在,脉冲经过测量系统将被展宽,使测量结果中存在较大的误差。针对脉冲测量中的展宽问题,本文基于单发频率分辨光学开关法的光路系统,研究了该测量系统的脉冲传输特点,设计了一种全反式超短脉冲测量系统。本文主要的工作有以下几个方面:首先,研究了超短脉冲测量的发展历程及现状,介绍了单发频率分辨光学开关法的理论基础,主要包括瞬态耦合波动方程、自相关信号的产生机理以及脉冲解调程序的理论运算和系统定标理论。其次,根据单发频率分辨光学开关法的脉冲传输特点,设计了一种全反式超短脉冲测量系统。利用菲涅耳双面镜产生时间延迟,柱面反射镜以及薄晶体和光栅产生光谱,避免了系统中色散的产生。在满足采样率的前提下,对FROG迹线采样范围进行分析,获得测量系统所需的时间延迟和倍频带宽,并以此为约束条件,推导了待测脉冲的脉冲宽度与菲涅耳双面镜和柱面反射镜参数的关系。最后,搭建了全反式测量系统以及双脉冲定标的产生装置。根据双脉冲定标理论的推导运算确定了全反式测量系统的波长定标数值和频率定标数值;通过对理想FROG迹线的预处理,检验了脉冲解调算法的准确性及去噪处理的重要性。反射式测量系统获得的光谱与实验实测光谱高度吻合说明了测量结果的正确性,同时解调脉冲的位相近似为一条直线,说明所测脉冲中不包含啁啾,表明测量系统不引入色散。根据实验测量FROG迹线的解调结果,说明本文提出的全反式测量系统有效的提高了对超短脉冲的测量能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 课题研究背景及意义
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 自相关技术
•     1.2.2 频率分辨光学开关法
•   1.3 单发频率分辨光学开关法
•   1.4 论文主要研究内容
• 第2章 单发频率分辨光学开关法的相关理论
•   2.1 引言
•   2.2 单发频率分辨光学开关法的理论基础
•     2.2.1 瞬态振幅耦合波动方程
•     2.2.2 自相关信号的产生
•   2.3 脉冲重建算法
•   2.4 双脉冲定标理论
•   2.5 本章小结
• 第3章 全反式超短脉冲测量系统设计以及定标
•   3.1 引言
•   3.2 全反式超短脉冲测量系统的结构设计
•   3.3 系统元件参数
•     3.3.1 FROG trace的采样宽度
•     3.3.2 菲涅耳双面镜参数
•     3.3.3 柱面反射镜参数
•   3.4 搭建全反式测量系统及定标
•     3.4.1 实验系统搭建
•     3.4.2 G系统定标实验
•   3.5 本章小结
• 第4章 脉冲测量结果分析
•   4.1 引言
•   4.2 FROG迹线的预处理
•     4.2.1 脉冲重建程序的可行性验证
•     4.2.2 FROG迹线的滤波
•   4.3 实际FROG迹线的重建
•     4.3.1 FROG迹线的取样以及去噪过程
•     4.3.2 实测FROG迹线的迭代还原
•   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

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 程广真

导师: 张留洋

关键词: 光学设计,超短脉冲测量,双脉冲定标,脉冲重建

来源: 哈尔滨理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 哈尔滨理工大学

分类号: O439

总页数: 66

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