自相关仪

sciencetop · 发表于 2020-3-5 15:09:32

这应该是一个比较专业的领域，涉及到光、电、非线性效应等多方面的知识。这个实质上也是一种测试方法。通过巧妙的办法，实现光线对自己相关，从而实现对超短脉冲的检测。

近代激光技术的发展，使光脉冲被压缩得很窄，激光本身因为能量密度大，已经在各种加工中扮演重要角色。但是，由于连续激光能量分散，在更高能量应用方面收到限制。

20世纪60年代中期，红宝石激光锁模和钕玻璃激光锁模的发展，开始了皮秒时域的皮秒现象研究。1976年在宽带可调染料激光介质体系运用可饱和染料吸收体首次实现了亚皮秒的超短激光脉冲输出。

超强即超高的功率和功率密度（指单位面积上的功率），目前一个激光系统甚至可产生高达1015瓦的峰值功率，而全世界电网的平均功率只不过1012瓦数量级；超快即极短的时间尺度，目前激光脉冲最短不过几个飞秒（10－15秒），光在1飞秒内仅仅传播0.3微米。

连续激光波动示意：

脉冲激光示意：

如今，业界已能提供商业工业超快激光器，具有从飞秒到皮秒级的大范围脉宽，平均功率范围几十瓦，能够用于苛刻的工业和医疗环境，譬如说，激光切这货：

确切来说，飞秒用得比较多的是下面的：

皮秒激光，飞秒激光出来了，但是，如何才能进行测量呢？这是一件很妈妈的事情，因为大牛们发现，电子原件的响应时间，最多只能达到纳秒级别，到皮秒，飞秒，已经是很难去探测了。而且，测量到纳秒级别的示波器，是非常昂贵的，下面这货几百万元，科研狗表示很穷~

在上世纪80年代，另外的科学大牛开辟出另一条路径，既然电子元件探测不到，那我就用光来测试光。利用超快激光自己跟自己做相关运算，然后再去解这个运算，不就可以还原到原来脉冲的脉宽么？运算的核心，一个是光学延迟，另一个是强度探测，两者一运算就可以得到最终脉宽的结果。

光学延迟：如上文提到，光在1飞秒内，传播0.3微米。光在10飞秒内，传播3微米，光在100飞秒内，传播30微米……光在100皮秒内，传播，(⊙o⊙)…100皮秒等于100 000飞秒，就是传播30 000微米，就是30毫米，就是3厘米(＾－＾)V

也就是说，你如果有一把尺子，他量程3厘米，他的精度如果是0.3微米，那么理论上它能够测试到1飞秒到100ps的激光，精度1飞秒。所以要做一台自相关仪，需要这一把尺子。

强度探测：这个主要采用探测器即可，并且跟探测器的响应时间无关，可选就很多了，有光电倍增管，光电探测器等。

自相关仪的示意图样子长这样：很简单

世界上做得比较早的自相关仪是美国Femtochrome，也是我用得最多的，从15飞秒到150ps的脉冲激光都可以测试出来。它的延迟线长这样：

抽出来，其实就是下面这样运动

然后他发了论文是这样解释：

Optics Communications

A Rapid-Scanning Autocorrelation Scheme for Continuous Monitoring Of Picosecond Laser Pulses

Zafer A. Yasa and Nabil M. Amer November 1980

它的两束光最终这样自相关，中间一束自相关信号光（信号弱，可能看不见）就会打进PMT（光电倍增管），从而形成自相关函数，最后根据自相关系数解出皮秒，飞秒脉宽。

17302014721

[资料] 自相关仪


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