可调制超快光脉冲的新型干涉仪

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由光学教授Chunlei Guo和博士生Billy Lam设计的一种新装置，相比传统干涉仪具有更可靠和更有力表征激光束特性的能力，这是一个“革命性的进步”。图片来源：罗切斯特大学。

如果你想从光束中获得最大的益处，无论是探测远处的行星还是弥补人眼的像差，你都需要能够测量它的光束前方信息。

现在，罗切斯特大学的一个研究小组设计了一种更简单的测量光束的方法——甚至可以用于功能强大、超快的脉冲激光束，通常它们需要非常复杂的装置来表征它们的特性。

光学设备教授Chunlei Guo教授用新的飞秒脉冲激光束以非凡的方式处理金属表面，他说，这种新设备将给科学家提供前所未有的能力，即使是最快的光脉冲也能为许多应用提供微调。它可以替换那些过时的传统的测量光束的仪器。

“这是一个革命性的进步，”Guo说。“过去，我们不得不用非常复杂、笨重的干涉仪来表征光束，但现在我们只能用一个光学立方体来完成。它具有超小型、超可靠、超健壮的特点。”

该设备由郭和Billy Lam博士实验室开发，在《Nature Light: Science and Applications》杂志上进行了描述。称为楔形反转剪切干涉仪，它由棱镜立方体组成，由两个直角棱镜组装而成。

立方体有两个成角度的入口，将光束分成两部分。

当光束离开立方体时，从光束的左侧部分反射的光和从光束的右侧部分透射的光从立方体的一个面发射。相反，从光束的左边部分和来自右侧部分的反射光的透射光从立方体的另一个面发射。

这为Guo和他的团队创建了一个非常稳定的“干扰”模式，以测量光束的所有关键空间特性——光束的振幅、相位、偏振、波长，以及在脉冲光束的情况下，脉冲的持续时间。不仅仅是沿着整个梁的平均值，而是在光束的每个点。

Guo说，这在成像应用中尤其重要。如果光束不是完美的，并且在图像上存在缺陷，那么重要的是知道缺陷是由于光束，而不是因为你正在成像的物体的变化。

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左边是传统干涉仪的基本设计，在光学实验室Chunlei Guo教授创建的干涉仪的设计结构更紧凑。这种新型的楔形反转剪切干涉仪具有能够测量强、超快脉冲激光束的光束前沿信息或波前的优点，图片来源：罗切斯特大学。

“理想情况下，你应该有一个完美的光束来做成像。如果你不知道，你最好知道，然后你可以改正你的测量结果。超快激光是记录动态过程的关键，具有非常简单但坚固的装置来表征超快或任何类型的激光束都是重要的。”

Albert Michaelson在1880年代演示了第一个干涉仪，它使用分束器和两个反射镜。在今天使用的干涉仪中，核心原理仍然是相同的。

分束器将分裂光发送到不同的光学路径朝向反射镜。然后反射镜反射每个分裂光束，使它们在分束器上重新组合。由两个分裂光束所采取的不同路径引起相位差，从而产生干涉条纹图案。然后通过检测器分析这种模式来评估波的特性。

这种方法对于连续波激光束的表征工作得相当好，因为它们具有很长的“相干”时间，即使在分裂之后，它们也可以沿不同长度的两条路径发送干涉，然后重新组合，Guo说。

然而，由于飞秒脉冲激光束的持续时间大约为第二个简单干涉仪的一百万分之一，比如剪切板，其中前表面和后表面反射的光束不再有效。Guo说。飞秒脉冲激光束将沿着典型的干涉仪的非等间距路径迅速失去其相干性。

棱镜立方体是这样设计的，以消除这个问题，他说。棱镜立方体是第一个单元素干涉仪，可以表征飞秒或更短的激光脉冲。

飞秒激光脉冲具有两个优点。Guo说，它们的持续时间非常短，相当于“自然界发生了很多基本过程”的时间尺度。这些过程包括围绕原子核运动的电子，原子和分子的“晶格”振动，以及生物蛋白的展开。因此，飞秒的最后脉冲为研究者提供了研究和操作这些过程的工具。

飞秒激光脉冲也非常强大。Guo说，“我实验室中飞秒激光脉冲的峰值功率相当于整个北美电网的电能。”这使得他的实验室能够使用激光脉冲来蚀刻具有新特性的金属表面，因此它们成为超级防水或吸引水的材料。

原文来源：https://phys.org/news/2018-07-simpler-interferometer-fine-tune-quickest.html（实验帮译）

fengyingk	2018-09-29 11:20
谢谢分享啊

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