Có nhiều cấu hình thực nghiệm đang được sử dụng, chúng khác
nhau chủ yếu ở hệ thống thu và ghi tín hiệu, ở cách thực hiện việc làm trễ
xung. Tuy nhiên, cách bố trí thực nghiệm phổ biến nhất hiện nay dựa trên
cơ sở cấu hình giao thoa kế Michelson (hình 2.7).
Một trong hai retroreflector được đặt trên một bàn dịch chuyển để
đặt trên một bàn vi chỉnh mà độ dịch chuyển của nó đo được một cách
chính xác.
Trong hình 2.7a, hai chùm tia laser sau khi phản xạ từ các
retroreflector sẽ truyền đi song song (không trùng nhau), vì thế sự giao
thoa giữa chúng coi như được loại trừ. Trong trường hợp này, việc sử
dụng một thấu kính hội tụ để hội tụ hai chùm tia vào một tinh thể phi
tuyến hiển nhiên là cần thiết, song ngay cả trong trường hợp hình 2.7a, việc sử dụng thấu kính hội tụ tiêu cự ngắn cũng cần thiết vì điều đó cho
phép tạo được mật độ bức xạ cao trên tinh thể để làm xuất hiện sự phát
họa ba bậc hai.
Hình 2.7: Bố trí thực nghiệm đo vết tự tương quan bậc 2 [17] a) Hệ đo tự tương quan cường độ (Intensity autocorrelation)
b) Hệ đo tự tương quan giao thoa (Interferometric autocorrelation)
Khi sử dụng cách bố trí hệ đo theo sơ đồ trên hình 2.7a, tín hiệu ra từ đầu thu quang là một hàm của thời gian trễ τ giữa hai xung gọi là vết tự tương quan giao thoa (interferometric autocorrelation). Các “vân giao thoa” xuất hiện trong cả tín hiệu trước và sau tinh thể, do vậy, ta cần phải
dùng một phim lọc phổ truyền qua để chỉ lọc lấy tín hiệu giao thoa bậc hai
[18].
Với hệ đo theo sơ đồ như trên hình 2.7b, tín hiệu ra từ đầu thu quang
là một hàm của thời gian trễ τ giữa hai xung gọi là vết tự tương quan cường độ (intensity autocorrelation). Chùm sáng họa ba bậc hai phát ra theo phương phân giác của góc hợp bởi hai chùm sáng tới. Do vậy, người
ta có thể chỉ cần sử dụng một phim lọc không gian để tách lấy tín hiệu họa
ba bậc hai. Một điều đáng chú ý khác là việc lọc không gian như vậy đồng
thời cung cấp khả năng loại trừ nền. Điều đó có nghĩa là đường cong ghi được thực sự là hàm tự tương quan cường độ G(2)(τ).
Mặc dù mang những thông tin vềpha của xung song kỹ thuật đo giao
thoa kế đòi hỏi việc điều khiển đo lường khoảng cách với độ chính xác rất
cảo, cỡ 1/10 bước sóng ngắn nhất trong phổ của xung. Hơn nữa, trong trường hợp xung laser bị điều biến pha, tín hiệu đo được sẽ bao gồm tập
hợp các “vân giao thoa” phức tạp, điều này gây khó khăn lớn khi phân
tích kết quả đo. Vì vậy, khi cần đo độ rộng xung, thay cho việc đo tín hiệu
tự tương quan giao thoa, ta đo tín hiệu trung bình của nó. Vết tự tương quan thu được gọi là tự tương quan cường độ [19].
Tuy nhiên, cũng như các hệ đo xung laser cực ngắn dựa trên nguyên tắc đo vết tự tương quan, hệ đo trên cũng mắc phải những hạn chế như không cho được dạng xung thực, vết tự tương quan thu được là vết lấy
trung bình của nhiều vết.
Kết luận chương II
Trong chương II, luận văn trình bày về các phương pháp đo xung
laser ngắn.Với các xung quang học cực ngắn, chúng ta không thể sử dụng
các thiết bị đo thông thường để thực hiện được phép đo độ rộng xung, vì vậy cần có những thiết bị và phương pháp đặc biệt để thực hiện được điều
này. Bản luận văn đã trình bày hai phương pháp chính: Phương pháp điện
tử và phương pháp quang học.
-Phương pháp điện tử: Thiết bị được sử dụng phổ biến để đo độ rộng
của các xung quang học ngắn hiện nay là photodiode và streakcamera. + Photodiode: Photodiode hoạt động dựa trên hiện tượng quang
điện, nó cho phép biến đổi tín hiệu quang học thành tín hiệu điện.
Tín hiệu tại đầu ra của photodiode được hiển thị trên dao động ký, khi đó, hình ảnh trên dao động ký sẽ cho chúng ta biết hình
ảnh về dạng xung laser.
Phương pháp này được sử dụng phôt biết để đo các xung tương đối
dài, cỡ hơn 100 ps.
+ Streakcamera: Nguyên tắc hoạt động của streakcamera là biến đổi
sự phân bố cường độ sáng theo thời gian thành sự phân bố về độ
chói của ảnh theo không gian trên màn huỳnh quang. Hiện nay, các streakcamera có độ phân giải cao nhất cho phép đo được các
xung laser cực ngắn đến khoảng 400 fs.
-Phương pháp quang học: Khi cho các xung tương quan với nhau, độ
rộng của xung tương quan sẽ lớn hơn độ rộng của các xung thành phần, do đó việc xác định độ rộng của xung tương quan sẽ được
thực hiện dễ dàng hơn việc xác định trực tiếp độ rộng của xung.Khi
xác định được độ rộng tương quan và biết được độ rộng của một xung đầu vào có độ rộng nhỏ hơn, ta sẽ xác định được độ rộng của
xung còn lại. Tuy nhiên, với các xung quang học cực ngắn, việc tạo
ra và biết được chính xác độ rộng của một xung nhỏ hơn là điều cực
kỳ khó khăn. Do đó, trong thực tế, người ta sử dụng phương pháp
tự tương quan. Trong phần này, luận văn trình bày hai kỹ thuật đo
CHƯƠNG III
NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN HỆ ĐO XUNG QUANG HỌC CỰC NGẮN
Trong chương này, chúng ta áp dụng phương pháp phát họa ba bậc hai trên cơ sở hàm tự tương quan như đã trình bày trong chương 2 vào
nghiên cứu và phát triển hệ đo độ rộng xung quang học cực ngắn tự tương
quan sử dụng bộ dịch chuyển tịnh tiến. Dựa trên các thông số của sơ đồ đo
thực tế, ta tiến hành tính toán lý thuyết để từ dạng xung giả sử ở đầu vào,
ta thu được dạng xung tự tương quan về cường độ và tự tương quan giao
thoa tại đầu ra. Từ các kết quả mô phỏng, ta fit với các dữ liệu thực
nghiệm thu được sao cho tìm được dạng xung tại đầu vào phù hợp nhất,
cũng có nghĩa là ta tìm được một cách chính xác nhất dạng xung tại đầu
vào.
3.1. Hệ đo độ rộng xung quang học cực ngắn tự tương quan sử dụng bộ
dịch chuyển tịnh tiến