定义
测量光脉冲的各种特性。
可以使用Q开关和锁模激光器等方式产生光脉冲和常规光脉冲序列。 由于脉冲持续时间和能量等重要脉冲参数以及感兴趣的方面可能非常不同，因此在下文中，我们分别考虑Q开关和锁模激光器的脉冲特性。
调Q激光器的脉冲表征
调Q激光器的脉冲表征相对简单；它通常包括以下几个方面：
- 脉冲持续时间通常在纳秒范围内，可以用快速光电探测器直接测量。
- 脉冲能量可以直接测量（例如使用热释电探测器）。 在某些重复操作的情况下，它是根据平均功率（来自功率计）和重复率计算的。 也可以使用正确校准的光电二极管信号。
- 峰值功率可以直接用快速光电二极管测量，也可以根据脉冲能量、脉冲持续时间和脉冲形状计算。
- 脉冲重复率通常由激光驱动器确定，因此不需要测量。 在无源Q开关的情况下，可以使用光电二极管和示波器或电子频谱分析仪。
- 调Q激光器的定时抖动可能很大。 它可以基于使用足够快的光电二极管的测量值进行计算。
- 光学中心频率和光谱形状可以用光谱分析仪获得。
锁模激光器的脉冲表征
基本
- 脉冲持续时间通常太短，即使使用非常快的光电二极管也无法直接测量。 因此，人们使用各种其他方法，例如基于自动相关器或条纹相机。 还可以从完整的脉冲表征中得出脉冲持续时间，如下所述。当有较短的参考脉冲可用时，可以使用光学采样技术。
- 脉冲能量通常计算为平均功率（来自功率计）除以脉冲重复率。
- 峰值功率通常由脉冲能量、脉冲持续时间和脉冲形状计算得出。 请注意，如果不进行完整的脉冲表征，则脉冲形状可能存在很大的不确定性。
- 脉冲重复率（兆赫兹或千兆赫兹区域）通常用快速光电二极管和电子频谱分析仪测量。
- 光学中心频率和光谱形状可以用光谱分析仪获得。 在许多情况下，人们不会解析获得的频率梳的线，而只是获得频谱包络。
完整的超短脉冲表征
上述特征描述仍然有些不完整。 有一些完整的脉冲表征方法[5]，它揭示了更多细节：
- 电场与时间的关系或复谱（包括光谱形状和光谱相位）)
- 精确的脉冲形状
- 脉搏的啁啾
例如，普通强度自相关器总是提供关于时间的对称信号形状，即使脉冲是不对称的（例如，急剧上升和功率下降较慢）。 从自相关迹线计算的脉冲持续时间通常基于某种时间脉冲形状的假设，无法根据获得的数据完全验证。 这种自相关器也不能揭示任何光学相位特性或线性调频。
完整脉冲表征的最突出技术是
- FROG（频率分辨光学门控[2]）和
- SPIDER（用于直接电场重建的光谱相位干涉测量[8]，→光谱相位干涉测量）。
结果可以通过各种方式可视化，例如使用时间或频率相关函数的图形，或频谱图。
其他可能有趣的细节是：
- 频率梳的载波包络偏移频率在光学计量学中特别重要，可以用f−2f干涉仪测量。
- 脉冲序列的时序抖动可以用各种方法测量，例如使用快速光电二极管、快速采样卡和软件，或者使用更复杂的方法[16]。
- 时间相干性（例如后续脉冲）可以用干涉仪来表征。
空间方面
请注意，除了时间方面，还有空间方面[15]。 这两个方面通常是近似分开的，因为脉冲电场的整个时空剖面可以指定为两个函数的乘积，一个仅取决于时间，另一个仅取决于空间位置。 但是，在各种情况下都可能发生时间和空间属性的显着耦合。 例如，来自克尔透镜锁模激光器的脉冲通常表现出随时间变化的光束半径，这使得完整的表征（和建模）非常具有挑战性。 另一个时空方面是脉冲前倾斜，这与角度色散有关，例如，可能是由未对准的脉冲压缩机引起的。
应用
准确可靠的脉冲表征对于许多应用至关重要。 例如，如果超快激光系统无法正常工作，例如，由于组件未对准，这会极大地影响较大系统的运行。 只有当可以监控脉冲属性时，才能定位和修复问题。 因此，只有当超快激光系统包含全面的脉冲表征设备时，它通常才能被认为是完整的，这可能会大大增加总体成本。
在激光开发中可能需要特别仔细的脉冲表征，其中需要研究对脉冲形成的各种影响。
参考文献
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