Jump to content

Оптическая автокорреляция

Классификация различных видов оптической автокорреляции.

В оптике различные автокорреляционные можно экспериментально реализовать функции. Автокорреляция поля может использоваться для расчета спектра источника света, в то время как автокорреляция интенсивности и интерферометрическая автокорреляция обычно используются для оценки длительности ультракоротких импульсов, создаваемых с синхронизацией моделей лазерами . Длительность лазерного импульса нелегко измерить оптоэлектронными методами, поскольку время отклика фотодиодов и осциллографов в лучшем случае составляет порядка 200 фемтосекунд , однако лазерные импульсы можно делать короткими до нескольких фемтосекунд .

В следующих примерах сигнал автокорреляции генерируется посредством нелинейного процесса генерации второй гармоники (ГВГ). Другие методы, основанные на двухфотонном поглощении, также могут использоваться в автокорреляционных измерениях. [1] а также нелинейно-оптические процессы более высокого порядка, такие как генерация третьей гармоники, и в этом случае математические выражения сигнала будут немного изменены, но основная интерпретация автокорреляционной трассы останется прежней. Подробное обсуждение интерферометрической автокорреляции дано в нескольких известных учебниках. [2] [3]

Автокорреляция полей

[ редактировать ]
Установка полевого автокоррелятора на основе интерферометра Майкельсона . L : с синхронизацией модели лазер , BS : светоделитель , M1 : подвижное зеркало, обеспечивающее переменную линию задержки , M2 : фиксированное зеркало, D : детектор энергии .

Для сложного электрического поля , автокорреляционная функция поля определяется выражением

Теорема Винера-Хинчина утверждает, что преобразование Фурье автокорреляции поля представляет собой спектр , т. е. квадрат величины преобразования Фурье . В результате автокорреляция поля нечувствительна к спектральной фазе .

Два ультракоротких импульса (а) и (б) с соответствующей полевой автокорреляцией (в) и (г). Обратите внимание, что автокорреляции симметричны и достигают максимума при нулевой задержке. В отличие от импульса (a), импульс (b) демонстрирует мгновенную развертку частоты, называемую чирпом , и поэтому имеет большую полосу пропускания, чем импульс (a). Следовательно, автокорреляция поля (d) короче, чем (c), поскольку спектр представляет собой преобразование Фурье автокорреляции поля (теорема Винера-Хинчина).

Автокорреляцию поля легко измерить экспериментально, поместив медленный детектор на выходе интерферометра Майкельсона . [4] Детектор освещается входным электрическим полем исходящий из одной руки и отложенной репликой из другой руки. Если временной отклик детектора намного превышает временную длительность сигнала , или, если записанный сигнал интегрирован, детектор измеряет интенсивность как задержка сканируется:

Расширение показывает, что один из терминов , доказывая, что интерферометр Майкельсона можно использовать для измерения автокорреляции поля или спектра (и только спектр). Этот принцип лежит в основе спектроскопии с преобразованием Фурье .

Автокорреляция интенсивности

[ редактировать ]

К комплексному электрическому полю соответствует интенсивности и автокорреляционная функция интенсивности, определяемая формулой

Оптическая реализация автокорреляции интенсивности не так проста, как автокорреляция поля. Аналогично предыдущей установке генерируются два параллельных луча с переменной задержкой, которые затем фокусируются в кристалл генерации второй гармоники (см. нелинейная оптика ) для получения сигнала, пропорционального . Только луч, распространяющийся по оптической оси, пропорционален векторному произведению , сохраняется. Затем этот сигнал регистрируется медленным детектором, который измеряет

это именно автокорреляция интенсивности .

Два ультракоротких импульса (а) и (б) с автокорреляцией их интенсивности (в) и (г). Поскольку автокорреляция интенсивности игнорирует временную фазу импульса (b), которая возникает из-за мгновенной развертки частоты ( чирп ), оба импульса дают одинаковую автокорреляцию интенсивности. Здесь использовались идентичные гауссовы временные профили, что привело к ширине автокорреляции интенсивности 2 1/2 длиннее исходной интенсивности. Обратите внимание, что автокорреляция интенсивности имеет фон, который в идеале вдвое меньше фактического сигнала. Ноль на этом рисунке сдвинут, чтобы исключить этот фон.

Генерация второй гармоники в кристаллах — нелинейный процесс, требующий высокой пиковой мощности , в отличие от предыдущей установки. Однако столь высокая пиковая мощность может быть получена из ограниченного количества энергии с помощью ультракоротких импульсов , и в результате автокорреляция их интенсивности часто измеряется экспериментально. оба луча должны быть сфокусированы в одной и той же точке внутри кристалла при сканировании задержки Другая трудность этой установки заключается в том, что для генерации второй гармоники .

Можно показать, что ширина автокорреляции интенсивности импульса связана с шириной интенсивности. Для гауссова временного профиля ширина автокорреляции равна длиннее ширины интенсивности, а в случае гиперболического секущего в квадрате (sech 2 ) пульс. Этот числовой коэффициент, зависящий от формы импульса, иногда называют коэффициентом деконволюции . Если этот фактор известен или предполагается, продолжительность (ширина интенсивности) импульса может быть измерена с использованием автокорреляции интенсивности. Однако фазу невозможно измерить.

Интерферометрическая автокорреляция

[ редактировать ]
Настройка интерферометрического автокоррелятора, аналогичная полевому автокоррелятору, описанному выше, со следующей добавленной оптикой: L : собирающая линза , ГВГ генерации второй гармоники : кристалл , F : спектральный фильтр для блокировки основной длины волны.

В качестве комбинации обоих предыдущих случаев нелинейный кристалл может использоваться для генерации второй гармоники на выходе интерферометра Майкельсона в коллинеарной геометрии . В этом случае сигнал, регистрируемый медленным детектором, имеет вид

называется интерферометрической автокорреляцией. Он содержит некоторую информацию о фазе импульса: полосы на автокорреляционной трассе размываются по мере усложнения спектральной фазы. [5]

Два ультракоротких импульса (а) и (б) с соответствующей интерферометрической автокорреляцией (в) и (г). Из-за наличия фазы в импульсе (b) из-за мгновенной развертки частоты ( чирпа ), полосы автокорреляционной трассы (d) размываются на крыльях. Обратите внимание на соотношение 8:1 (пика к крыльям), характерное для следов интерферометрической автокорреляции.

Автокорреляция функции зрачка

[ редактировать ]

Оптическая передаточная функция T ( w ) оптической системы определяется автокорреляцией ее зрачковой функции f ( x , y ):

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Рот, Дж. М., Мерфи, Т. Э. и Сюй, К. Сверхчувствительное двухфотонное поглощение с широким динамическим диапазоном в фотоумножительной трубке GaAs , Opt. Летт. 27, 2076–2078 (2002).
  2. ^ Дж. К. Дильс и В. Рудольф, Феномены сверхкоротких лазерных импульсов , 2-е изд. (Академик, 2006).
  3. ^ В. Демтредер , Лазерная спектроскопия: основы и методы , 5-е изд. (Спрингер, 2007).
  4. ^ Колесниченко Павел; Виттенбехер, Лукас; Зигмантас, Донатас (2020). «Полностью симметричный бездисперсионный стабильный интерферометр Майкельсона с пропускающей решеткой» . Оптика Экспресс . 28 (25): 37752–37757. дои : 10.1364/OE.409185 .
  5. ^ Колесниченко Павел; Зигмантас, Донатас (2023). «Реконструкция импульсов с помощью нейронной сети по одномерным интерферометрическим корреляционным трассам». Оптика Экспресс . 31 (7): 11806–11819. arXiv : 2111.01014 . дои : 10.1364/OE.479638 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: b775f5c6c461e45944e96cdd73f671ee__1708322640
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/b7/ee/b775f5c6c461e45944e96cdd73f671ee.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Optical autocorrelation - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)