FROG

超短脉冲激光的相位与振幅测试

测试激光脉冲的光谱随时间变化的方法，成为频率分辨光学开关法（FROG），它是一种能以各种实验几何形式应用的通用技术。主要有两种几何形式：放大系统的自衍射（SD FROG）和振荡器的二次谐波（SHG-FROG）。SHG-FROG可以在450nm~2000nm范围内工作，主要取决于非线性晶体。

由于时间-带宽不确定原理的影响，所以超短激光脉冲具有很大的带宽。如光谱分量同时进入激光脉冲的带宽范围内，可认为该脉冲已达到其变换极限。脉冲达到变换极限说明其持续时间最短。

材料特性（如色散）能改变光线光谱分量之间的（相位）关系，从而能及时有效地从脉冲中分离蓝色和红色分量。这就是啁啾效应，对于超短脉冲而言，它能及时延长脉冲。虽然自相关仪能测量超短脉冲的持续时间，但是它不能对不同光谱分量之间的相位关系进行测试。主要原因是自相关仪采用了单元素光电探测器，它能有效合并脉冲的光谱轮廓。

FROG是一种能监视脉冲光谱轮廓随时间变化的先进技术。我们能利用这些技术完整地重建电场。在这些技术中，FROG是最直接和最简单的方法。如上所述，FROG能完整地恢复输入场的相位，却不存在自相关导致的模糊性。

每种几何外形都有一定的优势与局限，这要根据需测量的激光脉冲的应用环境具体判断。SD FROG跟踪能提供脉冲的直观画面（保留时间方向），这正是我们迫切需要的实时激光对中功能。而且它的几何外形与扫描式自相关仪完全相同，其中的非线性介质是一片薄玻璃（<200μm），因此这种几何外形不仅极具成本效益，而且便于直接应用。在衰减过程中，SD FROG需要相对较高的峰值功率，但大部分超快振荡器都无法提供这种功率，因此它仅限于在放大系统中使用。

SHG FROG是应用很广泛的FROG，它其实就是一种光谱分辨自相关仪。虽然光谱相位会在测量时丢失，但我们能利用有效的算法推断出光谱相位的阶次和幅度，这样当需要再次测量时就能确定相位信息。