超快激光泵浦-探測中光學相位延遲的測量原理研究.pdf

1、光學相位測量方法作為一種高精度測量技術，被廣泛應用于科學工程的諸多領域。為了在飛秒激光泵浦-探測(Pump-probe)的超快測量中對探針光時間延遲量進行實時檢測與有效控制，本文將現(xiàn)有其他領域較為成熟的光學相位干涉測量技術引入超快泵浦探測過程中，提出了一套自我設計的四路同步移相干涉光學測量系統(tǒng)。.
　　 本文從理論計算、系統(tǒng)設計和實驗驗證三個方面對該測量系統(tǒng)進行了分析：
　　 1.介紹了干涉測量技術的各種理論，包括傅立葉

2、變換相位測量理論、傳統(tǒng)時域移相干涉測量理論、偏振移相干涉測量理論和同步移相測量理論。并給出了同步移相測量方案的三套典型系統(tǒng)：泰曼-格林干涉儀的Symthe系統(tǒng)、基于棱鏡分光偏振組移相的同步移相測量系統(tǒng)和基于光柵分光偏振片組移相的同步移相測量系統(tǒng)，對該三套系統(tǒng)進行了簡要描述和比較，給出了各自優(yōu)缺點?；谕揭葡嘞到y(tǒng)自身優(yōu)良的抗震性能，本論文決定選擇同步移相測量技術作為超快實驗中探針光時間延遲量的主導方案。
　　 2.應用瓊斯理論對

3、設計的光學測量系統(tǒng)進行了計算，推導出同步移相干涉系統(tǒng)各幀干涉圖相應點的光強表達式，確定了相鄰干涉圖之間的相移步長，并給出了相位延遲量測量的解析表達式。最后，對光學系統(tǒng)在檢測中可能存在的誤差進行了計算分析，結果表明，系統(tǒng)的設計不僅能滿足超快Pump-probe精度的基本要求，而且優(yōu)于目前同步移相干涉測量的光學設計，對于800nm中心波長的探針光在理論上可達阿秒級的時間分辨率。
　　 3.對該光學測量系統(tǒng)進行了實驗驗證分析。利用He

4、-Ne激光光源搭建了相位差測量系統(tǒng)，包括光源部分、分光移相系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)和計算機處理系統(tǒng)，并詳細給出了測量系統(tǒng)各部分的具體參數(shù)。系統(tǒng)中分光移相部分采用了波面干涉測量技術中應用最為廣泛的泰曼-格林干涉儀的設計思路，分光和移相同步進行，該設計可有效減少移相器件組在實驗過程中帶來的器件誤差。計算機處理部分主要為實驗室編寫的干涉圖樣分析軟件，功能包括干涉圖樣位置校準、像素點的相位測量計算、選定區(qū)域的相位平均值計算、相位與延遲時間互相轉換和數(shù)