Sơ đồ bố trí thực nghiệm của kỹ thuật đo độ rộng xung ngắn bằng sự huỳnh quang hai photon được thể hiện trên hình 2.5. Một xung laser được tách thành hai xung có cường độ bằng nhau bằng một tấm tách chùm 50/50, sau đó được lan truyền theo hai hướng khác nhau và đi vào một dung dịch chất mãu hữu cơ theo hai hướng ngược nhau.
Dung dịch chất màu được chọn chỉ có thể phát huỳnh quang nhờ sự hấp thụ hai photon ở bước sóng của laser. Huỳnh quang hai photon phát ra được ghi nhận nhờ phương pháp chụp ảnh vết huỳnh quang bằng máy ảnh có độ phân giải cao.
Phân bố cường độ huỳnh quang đo được là một hàm của khoảng cách giữa hai xung, có thể viết ở dạng như biểu thức [16, 21]:
Trong đó, là hàm tự tương quan bậc 2, τ là thời gian trễ. Kết quả đo được là hàm tự tương quan bậc 2 với nền không đổi, có tỷ số tương phản là 3:1.
Ưu điểm của phương pháp huỳnh quang hai photon là sự đơn giản trong cách bố trí hệ đo. Trong phương pháp này cho phép đo các xung đơn hoặc xung có độ lặp lại thấp. Tuy nhiên, phương pháp huỳnh quang hai photon có nhược điểm là độ phân giải không cao và rất khó đạt được độ chính xác cao. Tỷ số tương phản thực nghiệm của phương pháp huỳnh quang hai photon phụ thuộc nhiều vào sự hiệu chỉnh quang học và sự phân chia cường độ chùm tia. Sự hiệu chỉnh không tốt máy ảnh, độ phân giải của phim cũng có thể gây ra những biến dạng của vết huỳnh quang thu được.
Kết quả thu được bằng phương pháp huỳnh quang hai photon không chứa đựng thông tin về pha của xung laser được đo và nền không đổi xuất hiện trong kết quả đo làm cho phép đo không nhạy với các tín hiệu có cường độ nhỏ [3].
Do những nhược điểm trên, hiện nay phương pháp huỳnh quang hai photon ít được sử dụng trong đo lường xung laser cực ngắn.
Hình 2.5: Sơ đồ đo lường huỳnh quang hai photon [15]
Tấm tách chùm
Dung dịch chất màu
Camera độ nhạy cao hoặc CCD camera