超快激光测量——自相关仪

随着超快激光成为当下最热门的研究课题，测量超快激光的相关设备也在不断更新。依据迈克尔逊干涉仪原理设计的自相关仪是目前测量超快激光最方便，最快捷，最准确的测量仪器。
一、为什么要用自相关仪
众所周知，传统的纳秒级激光器，在测量脉冲宽度和重复频率时，用一般的光电探测器加示波器即可达到测量目的，但是，传统的光电探测器和示波器几乎是无法探测到ps, fs量级的激光的。一般的光电探测器，响应时间是测量超快信号非常大的一个局限。就示波器而言，带宽如果没有达到测量要求，还会引起测量结果的失真。目前，可选用高速示波器来直接测量脉冲宽度，高速示波器是一种高速采样示波器，利用光电二极管采样分析后，可以在示波器上直接观察出光脉冲的参数信息，当然他的分辨率必须要比激光脉冲的分辨率高，另外，还可以用条纹相机测量ps量级的超短脉冲。但是因为这两种仪器的分辨率有限，只能测量皮秒级的激光脉冲。对于fs激光，直接测量的方式局限太多，那么可以采用间接测量（自相关仪）的方式来实现fs量级激光的测量。
二、自相关仪原理
迈克尔逊自相关仪，将激光的时间量变成空间量，即将时间的测量变成对长度的测量。将脉冲激光用50/50的分光片分成两束，利用镜片组在一束光里引入延迟，然后将两束光合并，让一束激光对另外一束光进行扫描，使得合并后的激光通过非线性晶体产生非线性效应，或者直接采用TPA吸收测量，再由示波器进行接收，这样就可以得到激光脉冲的脉宽信息。

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APE 自相关仪内部原理图

再此，对于探测器有两类：1，非线性晶体加探测器；2，双光子吸收二极管TPA。采用非线性晶体是目前自相关仪最有效、最简便的测量方式，两束平行光经过聚焦和滤波之后，在非线性晶体中产生非线性效应，然后用光电倍增管对二次谐波进行测量，用锁频放大器检测光电信号。与非线性晶体的探测方式相比，使用双光子吸收二级管做为自相关仪的信号接收器，在搭建实验平台时更加的简便，测量精度较高。但是由于光电二极管不是普通的传感器，还要搭建特殊的前置放大电路来放大信号，必要时还要对电路内的噪声进行处理。

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TPA探测器自相关仪结构

三、自相关仪测量获得的脉冲宽度
自相关函数不是脉冲宽度！
自相关函数宽度△τ和脉冲宽度△t之间有一对应关系：

△t=α △τ

比例常数α是由脉冲形状决定。
对于强度自相关函数，其高斯和双曲正割变换系数分别为0.707 和 0.648。
以高斯拟合为例：自相关仪测量得的ACF为150fs时，其实际的脉冲宽度FWHM为150fs×0.707，即为106fs。
四，产品推荐
顶尖科仪代理德国APE公司的PulseCheck自相关仪，德国APE公司是世界上最大的超快附件生产商。它的主要产品包括各种测量超短脉冲时域宽度的自相关仪，测量相位的SPIDER，扫描光学延迟线，声光开关，选单器件，腔倒空，倍频器等调制器件。APE公司的自相关仪波段覆盖260nm-12μm，调节安装简便、测量高效、获得数据精度高是APE公司自相关仪的特点。多种测量脉宽可满足各类激光器的要求，内置可替换的晶体和高精度探测器可让自相关仪实现更宽波段测量应用，另外还可选择超短脉冲选项，自相关可以测量＜10fs的超快激光。

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