APE：FROG超短脉冲测量技术

一、前言

随着超快激光技术近几年的不断发展，超短脉冲激光已经在时间分辨光谱学、生物和化学瞬态研究过程、激光等离子体、超快加工、眼科医疗等科学研究和应用领域发挥着重要作用。对于研究超短脉冲的各专业领域科学家和工程师来说，超短脉冲的准确描述和表征有着很重要的意义。

在超短脉冲的产生、传输以及与物质的相互作用过程中，其强度和相位随时间的变化都是影响结果的重要因素。通过自相关仪测量我们只能得到超短脉冲的自相关曲线的宽度，无法给出脉冲实际的时域波形，也没有办法得到脉冲的相位信息。于是通过频率分辨开关法（FROG）来准确的获得脉冲形状和相位信息。

二、频率分辨光学开关（FROG）简介

与自相关仪测量法相比，FROG是结合了时域和频率将超短脉冲测量放在一个混合域-时频域中进行操作。FROG通过二维相位重构算法对光谱仪接收到的混合域信息一二维行迹图进行迭代重构、计算、分析从而得到超短脉冲的脉宽和相位的信息。

目前已经开发出了多种类型的FROG，其中包括：偏振型（PG-FROG）、自衍射型（SD-FROG）、瞬态光栅型(TG-FROG)、二次谐波型（SHG-FROG）、三次谐波型（THG-FROG）。这几种的实验结构图如图1所示。不同类型的FROG实验架构略有差异，但它们都是通过分束后引入延迟时间变成两束具有相位差的镜像光，再让两束光发生不同的非线性效应，从而得到不同的信号光。每一种架构都有优劣势，如图2所示，根据不同的脉冲属性，选择不同架构。目前，SHG-FROG是最普遍使用的架构，其灵敏度较高，非常适用于振荡器输出的光，下面我们将简单介绍下APE的SHG-FROG。