光谱相位 spectral phase

2022-10-18 16:00:45 浏览:429

定义

频域中电场的相位。

光脉冲的电场可以在时域或频域中描述。在频域中,不仅要知道功率谱密度(即强度谱),还要知道光谱相位,这一点很有趣。这被定义为频域中电场的相位,即函数的复数相位

傅里叶变换

完整的脉冲表征不仅包括测量光谱,即E(ν)的平方模量,还包括光谱相位,其中包含其他信息。例如,通过频率分辨光学门控(FROG)和光谱相位干涉测量的方法,直接电场重建(SPIDER,→光谱相位干涉测量)可以实现这一点。

光谱相位和群延迟

光学元件或装置中光的群延迟可以定义为光谱相位延迟相对于角光学频率的导数:

组延迟

这可以通过考虑光脉冲来理解,其中峰值强度是在所有光谱分量相位时发现的。在通过光学元件后,导致频率相关的相位变化,该条件不再在脉冲峰值的原始时间满足,而是在以后的时间,光谱分量再次获得相同的相位。脉冲的时间偏移由群延迟决定,前提是底层线性近似是有效的 - 即,可能不适用于经历更复杂的光谱相位变化的宽带脉冲。

例子

考虑与某些操作相关的光谱相位变化是有启发性的:

  • 时间相位的恒定变化直接转化为光谱相位的相同变化(对于瞬态相位变化,这种关系不太明显),并且没有群延迟。
  • T的时间延迟对应于光谱相位的变化,即2π ν T,即与光学频率成正比。
  • 色度色散直接影响光谱相位,也会导致群延迟。例如,三阶色散的影响对应于向频谱相位添加一个项,该项随频率偏移的三次方而变化。

当脉冲的频谱相位恒定或线性依赖于频率时,脉冲是无奇的,这意味着它处于变换极限。时域中的啁啾声与频谱相位的非线性频率依赖性有关。色散脉冲压缩器基本上具有应用光谱相移的任务,以便产生的光谱相位是恒定的(或仅随频率线性变化)。与平坦光谱相位的偏差比仅达到的脉冲持续时间更能衡量脉冲压缩质量。

光谱相位可用于理解光谱干涉现象。例如,考虑两个具有相对时间延迟 T 的相同脉冲。频谱相位的差异(频率呈线性关系)(见上文)会导致频谱调制。有关更多详细信息,请参阅有关光谱相位干涉测量的文章。

修改光谱相位

有脉冲整形器可用于修改脉冲的光谱相位。例如,这种设置包括第一个衍射光栅,用于在空间上分离不同的频率分量,一个用于应用位置相关相移的液晶调制器,以及第二个衍射光栅以重新组合频率分量。

通过正确调整所有相位值,例如,可以获得变换限制脉冲,尽可能短于给定的光谱宽度,或者形成具有复杂时间形状的较长脉冲。这种能力的条件是可以处理全部光带宽,并且频谱分辨率(与发生的最大群延迟相关)足够高。另一方面,不需要快速光调制器。

参考文献

[1] J. P. Heritage et al., “Picosecond pulse shaping by spectral phase and amplitude manipulation”, Opt. Lett. 10 (12), 609 (1985), doi:10.1364/OL.10.000609
[2] I. A. Walmsley and V. Wong, “Characterization of the electric field of ultrashort optical pulses”, J. Opt. Soc. Am. B 13 (11), 2453 (1996), doi:10.1364/JOSAB.13.002453
[3] C. Iaconis and I. A. Walmsley, “Spectral phase interferometry for direct electric-field reconstruction of ultrashort optical pulses”, Opt. Lett. 23 (10), 792 (1998), doi:10.1364/OL.23.000792

光检测和表征

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