第十一章时间分辨光谱

自由讨论：1，什么是 Fourier变换？2，什么是光泵？3，描述脉冲光的物理参量有哪些？单位分别是什么？4，什么是幅度调制？可以利用什么办法实现？会出现什么结果？5，什么是光的相干？6，测量脉冲光的仪器有哪些？第十一章 时间分辨激光光谱 超短激光脉冲的产生 超短激光脉冲的测量 寿命测量 Pump-probe技术光谱分辨： 时间分辨： 空间分辨 高分辨Fourier变换取自 数学手册 p.188高斯线型半高宽半周期超快现象l 激发态的消激发；l 非平衡态向热平衡态的弛豫；l 分子预解离；l 飞秒化学；l 视觉过程；l 光合作用；l .第 9.1节 超短激光脉冲的产生非相干光源的脉冲宽度受激发（放电）电子线路脉宽的限制 (ms, ns)；而超短光脉冲的产生借助于激光的相干性，可远小于电学脉宽也可以小于泵浦光脉冲(fs, as)。一、脉冲激光的时间线型脉冲激发 Pp(t)导致脉冲粒子数反转 N(t)，从而产生脉冲 激光输出 PL(t)，但是激光 PL(t)又降低粒子数反转 N(t)Pp(t) N(t) 受激发射 激光 PL(t) N(t) i, k k 自熄火激光N2激光器I, k p多尖峰脉冲激光灯泵红宝石激光器泵浦光上升时间基态 i 粒子数保持，激发态 k粒子容易清除，在光泵光减少之前，激光已经停止和泵浦光步调一致，稳定光脉冲粒子数反转快速建立，受激辐射破坏粒子数反转二、调 Q高损耗、低 Q值低损耗、高 Q值目的： 消除尖峰效应，产生强的窄脉冲激光。原理： 抽运过程中 Q值低，当反转粒子数达到最大值时突然提高Q值，此时增益比降低了的阈值高许多，振荡场迅速建立，产生雪崩过程，受激辐射很快耗尽反转粒子数。1，快速转动腔镜，实现 Q开关2，利用电光效应调 Q电光效应： 电场使晶体的介电张量发生变化，导致折射率n变化（光率体发生畸变）。二次 (平方 )电光效应 Kerr效应 一次 (线性 )电光效应 Pockel 效应 偏振旋转角a，实验装置图b，短脉冲图P1, P2偏振方向交叉：三、腔倒空目的： 从 CW激光器中产生脉冲序列原理： 连续运转 (CW) 时 Q值高，激光输出小，腔内功率高；突然降低 Q值，腔内储存的能量很快释放，形成脉冲。第一次经过晶体：折射透射第二次 M3反射经过晶体：折射透射折射率正比于声波调制幅度经过 M2, prism反射输出虚线缺点： 在脉冲线性里面，包含 频率调制信号脉宽脉冲重复率举例四、激光器的锁模目的： 获得更窄更强的激光脉冲原理： 在一般的脉冲或调 Q激光器中，各振荡纵模独立输出能量，模之间的位相关系不固定，输出为 功率 相加 (mP)。锁模是使各振荡模满足频域相干叠加条件：（ 1）模间隔一定；（ 2）相对位相固定。这样多纵模在腔内时间相干、振幅叠加 ，使得总功率出现时间上相对集中 短脉冲 (ps)。主动锁模：用电光、声光元件 进行调幅（损耗）、调相。被动锁模：放置饱和吸收材料于腔内自发锁模：多个纵模间的非线性作用调 Q： 几十 几百倍 2L / c腔倒空： 2L / c锁模： 2L / mc (m为模数 )模间距 （周期）自由光谱程主动锁模 调制器振幅（损耗）调制单色光幅度调制频率 两边带腔模如果调制频率等于腔模间隔如果多次经过声光调制器这些模式相干震荡，相位耦合，在 t时候到达最大时，经过 2d/c时也到达最大声光调制器调制幅度透过光强透过光强幅度如果对应下一个腔模频率增益宽度模式间隔震荡模式数量输出光强总幅度对应下一个腔模幅度模式间隔 脉宽5个模式锁定15个模式锁定被动锁模 腔内非线性饱和吸收材料的周期性饱和原理（起伏模型）： 自发辐射（光强无规起伏） 非线性饱和效应 吸收材料对弱的吸收大对强的吸收小 产生周期脉冲 ( 20ps： 光二极管 (PIN)直接探测 ps： 条纹相机 ps： 相关测量Photocathode: photo electronAcceleration Voltage U: electron to z directionDeflection plate: deflection in y directionLuminescent: get the image一、条纹相机Deflection voltage:电场扫描，成像系统 y方向上的位置取决于电子到达偏转电场时间光脉冲经过色谱仪后，在 x方向产生色散成像系统不同 x位置相应不同波长脉冲分布y方向脉宽x方向色散商用条纹相机 Y 方向偏转速度：1cm/100ps 1cm/10nsY 方向偏转速度： 1cm/100ps相机空间分辨率：