【儀器使用技巧】自相關(guān)儀的工作原理和調(diào)節(jié)方法（2）
本篇的主要內(nèi)容基于相干公司（Coherent Inc.針對(duì)800nm波長(zhǎng)的自相關(guān)儀（右圖），闡述其工作原理和調(diào)節(jié)方法，如下圖1是自相關(guān)儀的光路圖：
圖1. Coherent Inc. 的自相關(guān)儀SSA的 (a)光路圖和 (b)實(shí)際結(jié)構(gòu)圖
一、準(zhǔn)備工作：
1. 由于待測(cè)光的能量較強(qiáng)，所以需要用一個(gè)白片將待測(cè)光能量減弱。這里需要用一個(gè)楔角大的楔板，用其前表面的反射光作為待測(cè)光(后表面反射回的光會(huì)因?yàn)閮纱谓?jīng)過(guò)楔板材料引入其他色散，造成脈沖形狀和寬度改變)。
2. 將待測(cè)光調(diào)成與臺(tái)面水平，且光高是波片的中心高度。
3. 用水平儀將自相關(guān)儀SSA的底面調(diào)平(如果不是經(jīng)常搬動(dòng)SSA，此步可以省略)。
二、正式測(cè)量：
1. 將待測(cè)光通過(guò)反射鏡M1導(dǎo)入到SSA中，調(diào)節(jié)SSA在臺(tái)面的角度，使待測(cè)光方向垂直于SSA表面方向，用壓塊固定SSA；
2. 調(diào)節(jié)反射鏡M1，使待測(cè)光依次通過(guò)波片λ/2、分束片BS1、延時(shí)器DL鏡片的中心，同時(shí)待測(cè)光會(huì)經(jīng)過(guò)M3的中心；經(jīng)過(guò)BS1分束的兩束光暫命名為透射光a和反射光b；
3. 調(diào)節(jié)反射鏡M2的角度，使經(jīng)過(guò)BS1反射的反射光b入射到反射鏡M4中心；此時(shí)反射光b會(huì)通過(guò)分束片BS2，若反射光b沒(méi)有經(jīng)過(guò)BS2，則移動(dòng)BS2的位置；
4. 調(diào)節(jié)反射鏡M3和M4的角度，使透射光a和反射光b均落在反射鏡M5上，且上下分布，左右一致；如圖2. (a) 所示；
圖2. (a)反射鏡M5上的兩個(gè)光斑； (b)晶體上的兩個(gè)光斑； (c)晶體后的和頻信號(hào)
5. 調(diào)節(jié)反射鏡M5的角度，使透射光a和反射光b以非共線形式入射到非線性晶體BBO上；兩光斑會(huì)有一部分重疊，如圖2. (b) 所示；
6. 驗(yàn)證，擋住反射光b，調(diào)節(jié)延時(shí)器DL的位置，觀察透射光a在晶體上的位置和方向是否變動(dòng)；若變動(dòng)，說(shuō)明延時(shí)器DL需要重新調(diào)節(jié)，若不變，則繼續(xù)下一步；
7. 用紙片放在BBO后，調(diào)節(jié)出透射光a和反射光b的和頻信號(hào)，如圖2. (c) 所示，即一條銳利的藍(lán)線；具體調(diào)節(jié)方法如下：
a) 轉(zhuǎn)動(dòng)BBO晶體角度至α，使透射光a出現(xiàn)自倍頻，即透射光a變藍(lán)，反射光b依然是紅光；
b) 轉(zhuǎn)動(dòng)BBO晶體角度至β，使反射光b出現(xiàn)自倍頻，即反射光b變藍(lán)，透射光a依然是紅光；
c) 轉(zhuǎn)動(dòng)BBO晶體角度至(α+β)/2，此時(shí)透射光a和反射光b均無(wú)自倍頻產(chǎn)生；同時(shí)，和頻信號(hào)也無(wú)法觀察到；此時(shí)，移動(dòng)延時(shí)器DL的位置，至晶體BBO后出現(xiàn)和頻信號(hào)，如圖2. (c)所示；若該現(xiàn)象無(wú)法發(fā)生，則可能是兩路光光程相差太多，需重新設(shè)計(jì)光路（一般自建的測(cè)量?jī)x器會(huì)發(fā)生此種情況）；
8. 出現(xiàn)和頻信號(hào)后，如果信號(hào)太弱，則轉(zhuǎn)動(dòng)半波片λ/2的角度，使和頻信號(hào)也變強(qiáng)；
9. 將和頻信號(hào)通過(guò)SSA的輸出端口連接到示波器上，若顯示信號(hào)光太強(qiáng)——示波器上顯示信號(hào)飽和，則可以在BBO晶體后方加衰減片，注意，不可在測(cè)量光路中和晶體前加衰減片，因?yàn)橥干湓?huì)導(dǎo)致兩路光不等同或改變待測(cè)光的啁啾或脈寬；
10. 在示波器上讀取電信號(hào)脈沖的寬度（FWHM）如圖3.(a) 中脈沖寬度為152.4 μs；
圖3. (a)示波器顯示電脈沖 (b)定標(biāo)時(shí)電信號(hào)在時(shí)間上的移動(dòng)
11. 定標(biāo)：
a) 連接觸發(fā)線；
b) 調(diào)節(jié)延時(shí)器的位置L1，使和頻信號(hào)移到時(shí)間上的最左端，如圖3. (b)中光標(biāo)a的位置，記下此時(shí)的延時(shí)器位置L1，用示波器光標(biāo)記下示波器上脈沖中心位置a；
c) 調(diào)節(jié)延時(shí)器的位置L2，使和頻信號(hào)移到時(shí)間上的最右端，如圖3. (b)中光標(biāo)b的位置，記下此時(shí)的延時(shí)器位置L2，用示波器光標(biāo)記下示波器上脈沖中心位置b；
d) 計(jì)算透射光a光程移動(dòng)位置，計(jì)算示波器中電脈沖相應(yīng)的時(shí)間移動(dòng)
e) 定比例系數(shù)，若輸入脈沖是高斯脈沖，則k=0.707
11. 計(jì)算光脈沖實(shí)際大小
12. 若需要壓縮脈沖，則將SSA前的壓縮器的間距進(jìn)行移動(dòng)，直至測(cè)得的光脈沖脈寬最小(表現(xiàn)為BBO后的和頻藍(lán)線信號(hào)最細(xì)最銳，示波器上顯示的脈沖寬度最小)。
三、作者提醒：
標(biāo)定的結(jié)果對(duì)脈沖測(cè)量影響很大。
1. 對(duì)于不同形狀的脈沖，定標(biāo)的比例系數(shù)不同，如果激光脈沖波形是高斯型、雙曲線正割型、單邊指數(shù)型，其變換系數(shù)分別為0.707、0.648、0.5；
2. 如果示波器顯示的電信號(hào)脈沖有底座，說(shuō)明待測(cè)脈沖有高階色散；
3. 標(biāo)定時(shí)，要保證移動(dòng)延時(shí)器DL時(shí)，示波器上顯示的電脈沖在時(shí)間上移動(dòng)的量程要超過(guò)2ms；
4. 標(biāo)定時(shí)，要保證示波器上顯示的電脈沖的峰值電平在500mV以上，且電平不飽和；
5. 測(cè)量時(shí)，應(yīng)使全部待測(cè)光進(jìn)入自相關(guān)儀。如果待測(cè)光斑過(guò)大，可以將光斑縮束；
對(duì)于針對(duì)其他波長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)的自相關(guān)儀，其結(jié)構(gòu)類(lèi)似且原理一致，都可以用這種方法進(jìn)行快速調(diào)節(jié)。
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