基于全光学方法测量任意波形激光脉冲的研究

The spectrum in cut-off region in HHG is very sensitive to the highest E-field strength in laser pulse. Using a CEP stabilized high-energy few-cycle laser pulse by interfering a relatively weak test pulse, the peak intensity of the main pulse will be modified and thus the frequency of the harmonic cut-off will be shifted by an amount proportional to the test pulse field strength at the time that coincieds with the main pulse peak. By scanning the delay the test pulse and main pulse, the field of the test pulse is mapped onto intensity modulation in the HHG cut-off spectrum. From the modulated HHG spectrum obtained, we can got the reconstructed spectrum an temporal waveform. Comparization with conventional methods such as FROG and SPIDER, which require an ultrathin crystal, limiting the efficiency and thus signal to noise ratio, and insensitivity to the carrier envelope phase. As comparison with attosecond streaking camera which is based on the detection of photoelectrons, the cost of this method is much cheaper and easy to got signal,quicker acquistion,simpler experimental configuration,and higher SNR without generation of single attosecond pulse.This novel all-optical method will be developed as measure the complete temporal field evolution of arbitrary ultrafast optical pulses with attosecond resolution.

激光脉冲是具有振幅、包络、振荡频率、相位等物理信息的电磁波，当脉冲宽度仅仅只有几个周期时，决定激光与物质相互作用的是光场分布，利用受控的光场来操作和控制物质内部电子的运动特性和发展过程是未来超快研究中最重要的研究方向。要实现光场调控，首先要对光场分布进行测量，而传统的自相关方法如FROG或SPIDER只能获得脉冲的包络信息，不能实现对脉冲光场的测量；阿秒条纹相机虽然可以对脉冲光场进行扫描，但它是基于对光电子能谱进行测量，该实验系统庞大，造价昂贵、且不易操作。为此，本项目将利用气体高次谐波的截止区光谱对驱动脉冲电场峰值非常敏感的特点，在主激光脉冲中叠加一个待测脉冲后，精确扫描二者之间的延迟将待测脉冲的电场分布"投影"到截止区光谱的频移上，反演后就可以得到待测脉冲的电场分布等重要信息。该方法可以实现对任意波形、任意光波段的激光脉冲进行扫描测量，对开展受控光场与物质相互作用的研究具有重要的意义。

在本项目执行期间，我们按照计划书的研究进度和经费预算开展研究，在课题结束时，顺利完成了项目的研究目标，取得了很好的研究结果，总体来说主要的研究进展如下：.1，.利用充气的波导光纤（hollow fiber）将注入的光谱进行展宽产生了大于一个倍频程的超连续光源，光谱宽度从400~1000nm，能量大于0.5mJ，为分波段相干合成的研究打下坚实基础。.2，.发展了基于瞬态光栅的频率分辨开关法（TG-FROG），用于对不同中心波长的飞秒激光脉冲的测量，该方法成功应用于各波段飞秒激光脉冲和相干合成脉冲的测量。我们也发展了基于平衡光学互相关（BOC）同步锁定技术，利用该技术实现了小于100 as的同步精度，为双通道脉冲之间的同步和延时提供了关键技术。.3，.开展了双通道（长、短波段）相干合成的研究，将前述超连续光源用双色分光片分为两通道，短波段通道（450~750nm）和长波段通道（750~900nm），每通道用啁啾镜压缩后，并利用BOC同步锁定技术将两通道脉冲进行精确同步，最终再合束实现相干合成，合成后的脉冲在利用TG-FROG测量脉冲宽度随延时的变化，发现当延时为零时，合成后的脉冲宽度仅为4.1fs，小于超连续光源直接压缩的结果（5.1fs），说明了相干合成后可以产生更短的脉冲。.4，.将相干合成的脉冲聚焦注入到气体靶中产生高次谐波，通过测量高次谐波光谱分布与延时的关系，发现只有当延时为零时，也就是脉冲宽度最短时，高次谐波光谱截止区为连续分布，其余的为分离光谱，说明可以通过改变双通道脉冲之间的延迟控制相干合成脉冲的电场分布，实现脉冲电场的操作与控制。.通过本项目的研究，实现了双波段脉冲的相干合成，合成的脉冲由高次谐波进行了检验，证实了相干合成的效果，达到了本项目研究的目的。.