Kỹ thuật bố trí thực nghiệm hệ đo tự tương quan

Một phần của tài liệu Nghiên cứu và phát triển hệ đo xung quang học cực ngắn (Trang 45 - 49)

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

Một phần của tài liệu Nghiên cứu và phát triển hệ đo xung quang học cực ngắn (Trang 45 - 49)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(114 trang)