ГРЕНУЙ

This article needs additional citations for verification. Please help improve this article by adding citations to reliable sources. Unsourced material may be challenged and removed. Find sources: "GRENOUILLE" – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (May 2015) (Learn how and when to remove this message)

Решетчатое устранение ненужных вещей наблюдение сверхбыстрых падающих лазерных световых полей ( GRENOUILLE ) представляет собой метод измерения сверхкоротких импульсов , основанный на частотно-разрешенном оптическом стробировании (FROG). Аббревиатура была выбрана из-за связи метода с FROG; grenouille по-французски означает лягушка . ^[1]

Поскольку большинство методов FROG имеют автокоррелятор , они также имеют чувствительные проблемы выравнивания, которые с ним связаны. Кроме того, большинство FROG используют тонкий кристалл генерации второй гармоники (SHG) и спектрометр , что добавляет требования к силе сигнала, а также дополнительные проблемы выравнивания. GRENOUILLE — это простое устройство на основе SHG FROG, заменяющее светоделитель , линию задержки и компоненты рекомбинации пучка автокоррелятора призмой , а также заменяющее спектрометр и комбинацию тонкого кристалла SHG на толстый кристалл SHG. Эффект этих замен заключается в устранении всех чувствительных параметров выравнивания при одновременном увеличении силы сигнала. Эти изменения также снижают сложность и стоимость этого типа системы. Однако, как и предыдущие системы, GRENOUILLE по-прежнему определяет полные данные фазы и интенсивности импульса и создает трассы, идентичные по форме трассам от SHG FROG.

Типичная установка GRENOUILLE, используемая с теоретическим квадратным входным пучком, показана выше. Первый элемент, горизонтальная цилиндрическая линза , используется для плотной фокусировки входящего сигнального пучка в горизонтальную полосу на толстом кристалле SHG, чтобы получить диапазон углов падения кристалла (подробнее об этом ниже). При фокусировке пучок проходит через бипризму Френеля с углом при вершине, близким к 180°. Бипризма Френеля по сути представляет собой две тонкие призмы, соединенные у основания. Эффект этого элемента заключается в разделении луча на два источника и наложении их в точке фокусировки в кристалле SHG, тем самым отображая задержку в горизонтальном положении. Это заменяет функцию автокоррелятора в исходных конструкциях FROG. Однако, в отличие от автокоррелятора, лучи из бипризмы Френеля автоматически выравниваются во времени и пространстве, что устраняет ряд чувствительных параметров выравнивания.

Толстый кристалл SHG в этой установке выполняет две функции. Два идентичных луча из бипризмы пересекаются в кристалле с задержкой, которая изменяется в горизонтальном направлении, что фактически является процессом самозапирания. Вторая функция кристалла SHG — действовать как спектрометр, преобразуя вертикальный угол падения в длину волны . Ограниченная полоса фазового согласования кристалла приводит к тому, что генерируемая длина волны изменяется в зависимости от угла падения. Таким образом, начальный фокус должен быть достаточно узким, чтобы охватить весь спектр импульса. После кристалла SHG цилиндрические линзы используются для отображения сигнала на камеру с длиной волны, отображенной вертикально, в то время как задержка отображается горизонтально. ^[2]

В целом, в кристалле происходит ряд вещей: во-первых, два луча или импульса из бипризмы пересекаются под очень большим углом, что действует как автокоррелятор с одним импульсом, саморегулируя импульс для создания переменной задержки в горизонтальном направлении. В вертикальном направлении ограниченная согласованная по фазе полоса пропускания кристалла согласует по фазе различную небольшую часть входной полосы пропускания импульса для каждого угла падения, эффективно действуя как спектрометр. Результатом является спектр длин волн в вертикальном направлении для каждой величины задержки в горизонтальном направлении.

Важно учитывать требования к «толстому» кристаллу SHG. При обычной генерации второй гармоники целью является минимизация групповой несогласованности скоростей (GVM) для максимизации полосы согласования фаз. Обычно это достигается за счет требования, чтобы волновые векторы фундаментальной и второй гармоник перекрывались по всей длине кристалла, L. Однако в GRENOUILLE целью является согласование фаз только части полосы пропускания импульса для того, чтобы действовать как частотный фильтр. Это приводит к ограничению, что произведение GVM и L должно быть намного больше длины импульса, . Используя определение GVM для SHG${\displaystyle \tau _{p}}$

${\displaystyle GVM(\lambda _{0})\equiv \left({\frac {1}{\nu _{g}(\lambda _{0}/2)}}-{\frac {1}{\nu _{g}(\lambda _{0})}}\right)}$

где - групповая скорость на длине волны, ограничение равно${\displaystyle \nu _{g}(\lambda )}$${\displaystyle \lambda }$

${\displaystyle GVM(\lambda _{0})L\gg \tau _{p}}$

Кроме того, если кристалл слишком толстый, накопление дисперсии групповой скорости (GVD) приведет к чрезмерному размыванию импульса. Чтобы предотвратить это, произведение GVD и длины кристалла L должно быть намного меньше времени когерентности импульса, , которое является обратной величиной ширины полосы пропускания. Используя определение GVD${\displaystyle \tau _{c}}$

${\displaystyle GVD(\lambda _{0})\equiv \left({\frac {1}{\nu _{g}(\lambda _{0}-\delta \lambda /2)}}-{\frac {1}{\nu _{g}(\lambda _{0}+\delta \lambda /2)}}\right)}$

где - ширина полосы импульса, приводит к форме${\displaystyle \delta \lambda }$

${\displaystyle \tau _{c}\gg GVD(\lambda _{0})L}$

Эти два ограничения можно переставить и объединить, чтобы получить

${\displaystyle GVD{\frac {\tau _{p}}{\tau _{c}}}\ll {\frac {\tau _{p}}{L}}\ll GVM}$

Произведение времени на ширину полосы пропускания (TBP) импульса определяется как отношение длины импульса к времени когерентности импульса, . Это означает, что длина кристалла L будет удовлетворять одновременному условию выше, если${\displaystyle \tau _{p}/\tau _{c}}$

${\displaystyle {\frac {GVM}{GVD}}\gg TBP}$

что считается фундаментальным отношением системы. Из этого можно увидеть, что свойства материала и размеры кристалла будут влиять на временное и спектральное разрешение GRENOUILLE. Кроме того, глубина фокусировки в кристалле может производить эффективно более короткий кристалл, позволяя некоторую настройку разрешения для импульсов с различной шириной полосы пропускания. Чтобы понять производительность данного кристалла, в условия GVD и GVM вводится фактор A, который можно переставить, чтобы получить

${\displaystyle {\frac {GVD(\lambda _{0})}{A}}L\leq \tau _{p}\leq AGVM(\lambda _{0})L}$

В приведенном выше уравнении TBP предполагается приблизительно равным 1, что указывает на импульс, близкий к преобразованию. Если A намного больше 1, то условие выполняется. Случай, когда A равно 1, считается границей для удовлетворения условия и является границей, на которой кристалл может разрешить импульс. Обычно A выбирается как консервативное число, например 3. Эти уравнения можно использовать для определения рабочих пределов для данной установки в зависимости от длины волны.

• Оптическое стробирование с частотным разрешением