载波包络偏移(Carrier-envelope Offset)

2022-10-12 17:37:19 浏览:255

简称:CEO

定义

光相位和光脉冲包络最大值之间的偏移。

光脉冲中电场随时间的变化可以被描述为一个快速的正弦振荡(称为载波)乘上一个缓慢变化的包络函数。当脉冲在介质中传播时,由于色散的作用,导致相速度和群速度不一样,因此载波和包络之间的相对位置将会发生变化,当然传播过程中的非线性也有可能导致这种变化。脉冲的载波包络偏移相位(或称为绝对相位)被定义为载波相位和包络位置之间的相位差。图1给出了具有不同载波包络偏移相位时的脉冲。

载波包络偏移(Carrier-envelope Offset)

图1 一个5fs的激光脉冲在不同CEO相位下的电场(蓝色曲线)。CEO相位变化为π/2。

在锁模激光器中,脉冲串通常是由一个单一脉冲在激光谐振器中循环产生的。当脉冲每经过输出耦合器一次,它的一部分就被作为激光输出发射出腔外。通常情况下,每个循环的载波包络偏移相位会有一定的变化,该相位可达数百或数千弧度。因此,每个发射的脉冲将具有不同的载波包络相位。对于输出脉冲序列,载波包络相位变化值对2π取余数后的值才是真正关键的值。这个值会非常灵敏地取决于各种因素,如激光功率,谐振器对准程度等。

载波包络偏移频率

锁模激光器的载波包络偏移频率(CEO频率)为:

载波包络偏移(Carrier-envelope Offset)

其中Δφceo是在每谐振循环中的载波包络偏移相位(也称为载波包络相位,CEP)的变化, frep为重复频率。因此载波包络偏移频率位于零到重复频率 frep之间。光脉冲串在频域上的频率为(为简单起见假定没有噪声):

载波包络偏移(Carrier-envelope Offset)

其中j取值为一串整数。这意味着在频域上构成了一个所谓的等距离的频率梳,而频率梳中的所有光频率都由重复频率和CEO频率决定。

载波包络偏移频率对于光频率计量学和仅具有几个光学周期的高光强物理中十分重要,因为载波包络偏移频率会很大程度的影响电场的振荡模式和峰值电场强度。

CEO的测量

载波包络偏移频率可以通过所谓的f−2f干涉法测量,该方法将一个覆盖倍频程的频率梳的低频部分倍频后与高频部分进行拍频。当激光光谱并不能覆盖倍频程时,可以通过诸如光子晶体光纤扩谱后的得到倍频程光谱。在频率梳一文中给出了关于这一内容更多细节。

CEO的稳定

激光CEO频率可以通过改变泵浦功率,或通过稍微改变谐振腔镜,或通过插入一个玻璃楔等方法来进行调整和控制。通过将CEO的测量和控制相结合,可以使得CEO频率稳定到一个已知的稳定的频率值。因此频率梳中的所有光频率都仅与两个微波频率相关[4]。在这种情况下,激光就实现了CEO稳定或CEP稳定。

另外,也可以使得频率梳本身就具有为零的载波包络偏移频率,即,基本恒定的载波包络偏移相位。为了这个目的,则需要利用由同一频率梳产生的两个输入进行差频产生[6]。该方法将会导致所谓的自相位稳定的脉冲。

参考文献

[1] M. Ivanov et al., “Routes to control of intense-field atomic polarizability”, Phys. Rev. Lett. 74 (15), 2933 (1995)
[2] L. Xu et al., “Route to phase control of ultrashort light pulses”, Opt. Lett. 21 (24), 2008 (1996)
[3] A. de Bohan et al., “Phase-dependent harmonic emission with ultrashort laser pulses”, Phys. Rev. Lett. 81 (9), 1837 (1998)
[4] H. R. Telle et al., “carrier–envelope offset phase control: a novel concept for absolute optical frequency measurement and ultrashort pulse generation”, Appl. Phys. B 69, 327 (1999)
[5] T. Brabec and F. Krausz, “Intense few-cycle laser fields: frontiers of nonlinear optics”, Rev. Mod. Phys. 72 (2), 545 (2000)
[6] A. Baltuška et al., “Controlling the carrier–envelope phase of ultrashort light pulses with optical parametric amplifiers”, Phys. Rev. Lett. 88 (13), 133901 (2002)
[7] F. W. Helbing et al., “Carrier-envelope offset phase-locking with attosecond timing jitter”, IEEE J. Quantum Electron. 9 (4), 1030 ()
[8] C. Vozzi et al., “High-energy, few-optical-cycle pulses at 1.5 μm with passive carrier–envelope phase stabilization”, Opt. Express 14 (21), 10109 (2006)
[9] C. Grebing et al., “Performance comparison of interferometer topologies for carrier–envelope phase detection”, Appl. Phys. B 95 (1), 81 (2009)
[10] E. Moon et al., “Advances in carrier–envelope phase stabilization of grating-based chirped-pulse amplifiers”, Laser & Photon. Rev. 4 (1), 160 (2010)
[11] Z. Chang and P. Corkum, “Attosecond photon sources: the first decade and beyond”, JOSA B 27, B9 (2010)
[12] A. M. Sayler et al., “Precise, real-time, every-single-shot, carrier–envelope phase measurement of ultrashort laser pulses”, Opt. Lett. 36 (1), 1 (2011)
[13] K. Okamura and T. Kobayashi, “Octave-spanning carrier–envelope phase stabilized visible pulse with sub-3-fs pulse duration”, Opt. Lett. 36 (2), 226 (2011)
[14] B. Borchers et al., “Carrier–envelope phase stabilization with sub-10 as residual timing jitter”, Opt. Lett. 36 (21), 4146 (2011)
[15] G. Gademann et al., “Carrier–envelope phase stabilization of a terawatt level chirped pulse amplifier for generation of intense isolated attosecond pulses”, Opt. Express 19 (25), 24922 (2011)
[16] A. Klenner et al., “Phase-stabilization of the carrier–envelope-offset frequency of a SESAM modelocked thin disk laser”, Opt. Express 21 (21), 24770 (2013)
[17] M. Hoffmann et al., “CEO stabilization of a femtosecond laser using a SESAM as fast opto-optical modulator”, Opt. Express 21 (24), 30054 (2013)
[18] T. Paasch-Colberg et al., “Solid-state light-phase detector”, Nature Photon. 8, 214 (2014)

参阅:脉冲、频率梳、频率计量

光学测量

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