8. előadás Ultrarövid impulzusok mérése - autokorreláció

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "8. előadás Ultrarövid impulzusok mérése - autokorreláció"

Gyöngyi Faragóné
5 évvel ezelőtt
Látták:

1 Ágazai Á felkészíés a hazai LI projekel összefüggő ő képzési é és KF feladaokra" " 8. előadás Ulrarövid impulzusok mérése - auokorreláció TÁMOP C-1/1/KONV-1-5 projek 1

2 Bevezeés Jelen fejezeben áekinjük, hogy manapság az elekromágneses hullámok ekineében mi jelen az a szó, hogy ulragyors, illeve ulrarövid. Rámuaunk arra, hogy milyen módszerek állnak rendelkezésünkre ulragyors folyamaok mérésére, valamin megismerkedünk a leggyakrabban alkalmazo auokorrelációs echnikákkal. Hogyan mérünk ulragyors folyamaoka? Mi jelen az, hogy ulrarövid? Impulzusok karakeriszikája Inerferencia Inenziás auokorreláció Inerferomerikus auokorreláció TÁMOP C-1/1/KONV-1-5 projek

Problémafelveés gy rövid ideig i aró ó (pillanaszerű) esemény megfigyeléséhez

során információ bizosí a megfigyelés árgyáról Ilyen esemény lehe egy

Minél gyorsabb jelenségeke szerenénk megvizsgálni, i annál rövidebb időbeli

3 Problémafelveés gy rövid ideig i aró ó (pillanaszerű) esemény megfigyeléséhez szükség van egy, az eseménynél is rövidebb ideig aró jelenségre, mely kölcsönhaás során információ bizosí a megfigyelés árgyáról Ilyen esemény lehe egy fényvillanás, melye a kölcsönhaás uán (visszaverődés, ranszmisszió, sb ) deekálunk Minél gyorsabb jelenségeke szerenénk megvizsgálni, i annál rövidebb időbeli villanásra van szükségünk hp://en.wikipedia.org/wiki/high-speed_phoography TÁMOP C-1/1/KONV-1-5 projek

4 Ulrarövid impulzusok Ulrarövid impulzus villanása <1 fs 1 fs 1 ps 1 μs 1 fs Leheőség nyílik ulragyors biológiai, kémiai, fizikai folyamaok mérésére. A kérdés: hogyan/mivel mérjük meg az ulragyors impulzus? Sajá magával 1 s 1 TÁMOP C-1/1/KONV-1-5 projek

Anyag lineáris haása a fényimpulzusra Lézerimpulzus álalános időbeli alakja { ( )} i ϕ ( ) ( ) = Re I( ) e iφ( ) ( ) = S( ) e φ φ ( ) = n ( ) z / c Inenziás Fázis Spekrum Spekrális fázis () φ d z (z,

5 Anyag lineáris haása a fényimpulzusra Lézerimpulzus álalános időbeli alakja { ( )} i ϕ ( ) ( ) = Re I( ) e iφ( ) ( ) = S( ) e φ φ ( ) = n ( ) z / c Inenziás Fázis Spekrum Spekrális fázis () φ d z (z, ) = 1 i kz π e ( ) ( kz ) d = 1 i ( n( ) z / c) = ( ) d π e Harmadrendű diszperzió (TOD) 3 d 1 d φ 1 d φ 3 3 = d 6 d = = ( ) = φ( ) ( ) ( ) ( )... Csoporkésés (GD) TÁMOP C-1/1/KONV-1-5 projek Csoporkésés-diszperzió (GDD)

6 Csoporkésés, csoporkésés-diszperzió p p p ( ) ( ) ( ) ( )... d 1 d = φ φ φ φ( ) ( ) ( ) ( )... d d = = φ φ növekvő frekvencia csökkenő frekvencia TÁMOP C-1/1/KONV-1-5 projek

7 Időbeli fázis Időbeli csörp ( ) = dϕ d ( ) { ( ) } ( i ϕ ( ) ) = Re I( ) e Ha a fényimpulzus kölcsönha valamilyen anyaggal, az impulzusban megválozik a fázis. Amennyiben ismerjük a fázisviszonyoka a kölcsönhaás elő és a kölcsönhaás uán, kövekezeni udunk az anyag ulajdonságaira, vagy az ado anyagban zajló ulrarövid folyamaokra. A ovábbiakban ehá feladaunk lesz meghaározni, hogy egy deekál fényimpulzus eseén mi lesz az impulzushoz arozó fázis TÁMOP C-1/1/KONV-1-5 projek

8 Fázisviszonyok meghaározása Lézerimpulzus érerősségének időbeli alakja: { } ( ) Re I ( ) exp ep ( i i ϕ ( ) ) = Inenziás Fázis zzel ekvivalens frekvenciaképben: { } ( ) = Re S ( ) exp ( i Φ ( ) ) exp Spekrum Spekrális fázis Az inenziás és a spekrumo könnyen meg udom mérni A fázis, vagy a spekrális fázis azonban nem TÁMOP C-1/1/KONV-1-5 projek

9 Fázis visszakeresése i ( ) = ( ) e d ( ) ( ) S = k Φ ( ) = fázis ( ) spekrum spekrális fázis Nyilvánvaló, hogy a fázis nem udjuk meghaározni puszán a spekrumból Szükségünk lenne még néhány plusz információra, de kiderül, hogy ezek birokában sem juunk előrébb (pl. az sem segí rajunk, ha udjuk, milyen hosszú az impulzus) Fázis megkeresésének problemaikája.j. Akuowicz, Trans: On he deerminaion of he phase of a Fourier inegral. I Am. Mah. Soc. 83, 179 (1956).J. Akuowicz, Trans. On he deerminaion of he phase of a Fourier inegral. II Am. Mah. Soc. 84, 34 (1957) TÁMOP C-1/1/KONV-1-5 projek

10 Impulzus időbeli mérése deekorral deekor A deekorok feloldási ideje 1 ns, vagyis nem elég gyors egy ulrarövid impulzusok mérésére A deekor az impulzus inenziásának időbeli lefuásá méri, amennyiben az impulzus jóval hosszabb, min 1 ns Ha a deekor jóval lassabb az impulzusnál, akkor az inenziás inegráljával, azaz energiával arányos jele kapunk V deekor TÁMOP C-1/1/KONV-1-5 projek () d

11 V ( ) ( ) ( ) Impulzus időbeli mérése: Michelson-Inerferoméer = d ( ) lézer = d V * () ( -) Re () ( ) ( ) ( ) = Re d * () ( ) d Impulzus energia inerferencia ag nyaláboszó deekor ükör késleleés l é Érdekesnek űnik, de ez csupán a Fourierranszformálja a spekrumnak Inerferencia ag mérése = spekrum mérése TÁMOP C-1/1/KONV-1-5 projek

12 Auokorrelációs görbék 1 fs-os 8 nm közponi hullámhosszú fourier-ranszformáció limiál impulzus eseén Inerferogram Hogyan ovább? TÁMOP C-1/1/KONV-1-5 projek

= d ( ) ( ) ( ) d = I ( ) I ( ) A függvény ponos előállíása a mérés során a krisályra vonakozóan megköveeli

13 késleleés Inenziás auokorreláor léz zer () ( ) nyaláboszó szűrő SHG krisály A Helyezzünk egy másodharmonikus kelő nemlineáris krisály a Michelson Inerferoméerbe a nyalábok újraegyesíésének helyén! = d ( ) ( ) ( ) d = I ( ) I ( ) A függvény ponos előállíása a mérés során a krisályra vonakozóan megköveeli lhanyagolhaó csoporkéses-diszperzió gész sávszélességen azonos haásfokú másodharmonikus kelés Nagyon vékony krisály (<1 μm) ) TÁMOP C-1/1/KONV-1-5 projek

14 Inenziás auokorreláció IA ( ) = I( ) I( ) 4ln exp Δ ( ) ln exp Δ d = ( ) 4ln( )( ) exp Δ 4ln () = exp Δcorr d Δ Δ corr = Δ Δ corr IA () = IA( ) TÁMOP C-1/1/KONV-1-5 projek

15 Auokorreláció csörpöl impulzusok eseén Bár a ké kép nagyon hasonlí egymásra, a nagy különbség a keő közö az, hogy közvelen méréssel nem udunk előállíani inenziás-idő függvény, auokorrelációs görbé viszon igen. TÁMOP C-1/1/KONV-1-5 projek

16 Bonyolulabb impulzusok auokorrelációs görbéje Az auokorrelációs görbe alakja álalában egyszerűbb, min az inenziás időbeli lefuása Az auokorrelációs görbe minden eseben szimmerikus az y engelyre, azaz páros TÁMOP C-1/1/KONV-1-5 projek

17 Harmadrendű auokorreláció Polarizációs k r ( 3) χ k r 1 k r Ön-diffrakciós 1 r ( 3) χ k Tranziens k r 1 ( 3 ) k r χ k r k r 3 Harmadik 1 harmonikus generálás k r ( ) 3 χ = r r r r k = k k k 1 = r r r k = k k 1 = r r r r k = k k 1 k3 = 3 r r r k = k k 1 IA ( 3 ) ( ) I ( ) I( )d TÁMOP C-1/1/KONV-1-5 projek

18 Inenziás auokorreláció Lab-val TÁMOP C-1/1/KONV-1-5 projek

19 Inenziás keresz-korrelációkorreláció Amennyiben rendelkezésre áll egy (nem felélenül ismer) rövidebb referencia-impulzus, leheőségünk nyílik az ismerelen impulzus karakerizálására. Végezzünk összegfrekvencia-kelés k (keresz-korreláció) k és az eddigiekhez hasonlóan mérjük az inenziás a késleleés függvényében Ha a referencia-impulzus jóval rövidebb, min az ismerelen impulzus, a keresz-korreláció eljes egészében meghaározza az ismerelen impulzus Ismerelen impulzus Rövid próbaimpulzus SHG TÁMOP C-1/1/KONV-1-5 projek Késleleés ( ) = I ( ) I ( )d IA g

20 Inerferomerikus auokorreláció szűrő Lézer másodharmonikus generáló krisály nyaláboszó késleleés IA TÁMOP C-1/1/KONV-1-5 projek Inerferomerikus auokorreláció eseén kollineáris elrendezés alkalmazunk = d ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

21 Inerferomerikus auokorreláció maemaikája ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) = d IA * * * * ( ) ( ) () ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) IA * * * * * * = ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) () ( ) () () ( ) ( ) () ( ) d 4 * * () () ( ) () () ( ) I I * * = ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) () ( ) () ( ) () ( ) ()( ) I I I I I I d 4 * * * * TÁMOP C-1/1/KONV-1-5 projek

22 Inerferomerikus auokorreláció maemaikája a agok jelenése () I ( )d = I Konsans 4 I()( I )d ( * I ( ) I ( ) ) ( ) ( ) d... * ( ) ( ) Inenziás auokorreláció () inerferogramja d... Másodharmónikus inerferogramja, gyenérékű a másodharmónikus spekrumával

23 Inerferomerikus auokorrelációs görbék TÁMOP C-1/1/KONV-1-5 projek

24 Inerferomerikus auokorreláció Lab-val TÁMOP C-1/1/KONV-1-5 projek

Hasonló dokumentumok

Optikai mérési módszerek

Optikai mérési módszerek Ágazai Á felkészíés a hazai LI projekel összefüggő ő képzési é és KF feladaokra" " Opikai mérési módszerek Máron Zsuzsanna 1,,3,4,5,7 3457 Tóh György 8,9,1,11,1 Pálfalvi László 6 TÁMOP-4.1.1.C-1/1/KONV-1-5