Ágazati Á felkészítés a hazai ELI projekttel összefüggő ő képzési é és K+F feladatokra" " Optikai mérési módszerek Márton Zsuzsanna (1,2,3,4,5,7) 23457) Tóth György (8,9,10,11,12) Pálfalvi l László (6) 1
7. előadás A LAB2 függvénykészlet Ezen az órán bemutatjuk tj az ultrarövid impulzusok modellezésére é szolgáló LAB2 függvénykészletet, amely a LabVIEW programozási nyelv egy ingyenesen hozzáférhető kiegészítése. Ultrarövid lézerimpulzusok leírása, pillanatnyi frekvencia ALAB2fü függvények: lézerek, lineáris i és nemlineáris i elemek, detektorok, kölcsönhatások 2
http://www.lab2.de/install.htm A LAB2 csomag telepítése Először csomagolja ki a letöltött Lab2 könyvtárat valahová a merevlemezre, majd kövesse az alábbi utasításokat. Indítsa el a LabView-t és nyisson egy új projektet. Kattintson a TOOLS-ra a front panelen, válassza az ADVANCED funkciót, aztán az EDIT PALETTE SET... A jobb egér gombbal kattintson egy üres helyre a FUNCTIONS ablakban, majd válassza az INSERT, SUBPALETTE opciókat. Ekkor megjelenik egy INSERT SUBPALETTE nevű ablak. Kattintson a LINK TO AN EXISTING PALETTE FILE (.MNU) és az OK gombokra. Megjelenik egy párbeszédablak, amiben ki kell választani a megfelelő menü fájlt. Ehhez most keressük meg az előbb mentett Lab2 könyvtárat, és ott válasszuk ki a lab2.mnu fájlt. Most a Lab2 ikonnak meg kell jelenni a függvénypalettán. Aktiválja az EDIT CONTROLS AND FUNCTIONS PALETTE SET... ablakot (lehet, hogy a front panel mögött lesz), majd válassza a SAVE CHANGES opciót. Amennyiben a LabView hibát jelez a subvi-ok betöltésekor, adja a Lab2\llb\* elérési utat a LAbView VI elérési utakhoz. Ehhez kattintson a TOOLS és az OPTIONS gombokra, válassza ki a baloldali listából a PATHS kategóriát. A legördülő menüből válassza a VI SEARCH PATH opciót és használja a BROWSE gombot a Lab2 elérési útjának a listához adásához. Telepítés után a Lab2 függvényei beépülnek a függvénypalettába.
A rövid impulzus kezelése a Lab2-ban Rövid impulzusok alatt a továbbiakban az 1. előadásban ismertetett formalizmussal leírt impulzusokat értünk. Lassan változó amplitúdó közelítést használunk, ω 0 központi frekvencia a frekvencia első momentuma. A Lab2 az impulzust az E(λ) komplex függvénnyel adja meg, és spreadsheet file formátumban tudja beolvasni illetve elmenteni. A spreadsheet file 5 oszlopból áll: 1. hullámhossz [nm] a 2. Az elektromos tér 3. Ha nem adjuk meg, 4. 5. abszolút értéke fázisa a mindenhol 0 valós Ezek az része oszlopok opcionálisak képzetes része [J/(m [/( 2 nm)] [V/(m nm)] [V/(m nm)] Input Output path: elérési út pulse out: impulzus auto: delimiter: fluence: 2^n 4 aha szimuláció igaz, 2^n-t nem kell megadni módja elválasztó karakter energia/ Ha megadunk fluence értéket, akkor a térerősség adatait úgy számolja újra, hogy a fluence a felület megadott érték legyen. mintaszám: n
A rövid impulzus kezelése a Lab2-ban Tutorial load spreadsheet.vi front panel Read pulse from spreadsheet.vi A bemeneten az impulzust a fenti alakú spreadsheet fájlban adjuk meg A kimeneten az impulzus klaszterként jelenik meg 5
A rövid impulzus kezelése a Lab2-ban Egy spektrum fájl 1,00E+013013 8,00E+012 IE(λ)I 6,00E+012 4,00E+012 2,00E+012 0,00E+000 740 760 780 800 820 840 860 Wavelength [nm]
A spektrum klaszter Number of points 2-hatvány FFT! Mivel a fluence adatban tároljuk a területegységre jutó energiát, a spektrális amplitúdó le van normálva a könnyebb számolás érdekében Az impulzust a frekvencia tartományban adjuk meg, és csak pozitív frekvenciákon. Ráadásul RELATÍV frekvenciákat használunk (w0-hoz képest). Tehát a kirajzolt spektrumon mégis lesznek negatív w értékek.
A rövid impulzus kezelése a Lab2-ban Tutorial load spreadsheet.vi front panel 8
Megjegyzések A LAB2 egyenletes intenzitás eloszlást feltételez a nyaláb keresztmetszete mentén: W F 0 =, ahol W az energia, r anyalábsugár. 2 πr 2W Gauss-nyaláb esetén, r nyalábnyaknál ál F0 =. 2 πr ezért ha Gauss nyalábot szimulálunk, akkor az energiát kétszer nagyobbnak kell választani. 9
A LAB2 lézerek palettája Gaussian pulse.vi sech square pulse.vi add noise.vi read pulse from spreadsheet.vi read pulse from file.vi 10
A LAB2 lineáris elemek palettája Standard elemek: pl. késleltetés, teleszkóp, nyaláb kombinálás, átlátszó, lineáris diszperziójú közeg Komplex optikai elrendezések impulzus nyújtásra és összenyomásra A nyújtó és összenyomó vi-ok intelligens párja automatikusan beállít néhány paramétert, hogy optimalizálja a kimenet csúcsintenzitását. 11
Példa a LAB2 lineáris elemek használatára Tutorial compressor grating.vi grating compressor.vi Két rácsból és egy tükörből álló rácsos kompresszort szimulál. A második rács automatikusan úgy van beállítva, hogy a központi frekvencia essen a közepére. Ha a spektrum szélesebb, mint a rács, akkor spektrális levágás történik. intensity.vi Megadja a bejövő impulzus időbeli intenzitását, pillanatnyi frekvenciáját, szélességét. A valóságban nincs ilyen detektor. 12 taylor phase.vi Adott rendig sorba fejti az impulzus időbeli és spektrális alakjának fázisát. Figyelem! Az 1/k! tagokat nem tartalmazzák az együttható vektorok.
Tutorial compressor grating.vi előlap a Gauss-nyaláb specifikációja az intensity.vi paraméterei az intenzitás-idő függvény a spektrális fázis Taylor-komponensei a rácsos kompresszor specifikációja az intenzitáshullámhossz függvény 13
Az intelligens rácsos kompresszor Képes optimalizálni a delta rácstávolságot, a pozitívan csörpölt bemenő impulzus optimális összenyomásához. kiindulási rácstávolság 14
A LAB2 nemlineáris elemek palettája A leggyakoribb nemlineáris effektusok szimulálására áteresztő nemlineáris közeg optikai szál erősítő optikai szál SFM kristály (veszteségmentes három hullám keverés) erősítő ki kristály varázsló SFM kristály (veszteséges három hullám keverés) 15
Ti:zafír erősítő közeg modellezése tutorial bulk amplifier.vi amplifier.vi Egy oldalról vagy mindkét oldalról pumpált Ti:zafír kristályt szimulál. A polarizációt mindkét pumpa impulzusra meg kell adni, mert anizotróp a közeg. A reflexiós veszteségek elkerüléséhez a belépő szög legyen Brewster-szög. szög. A két pumpa impulzus egyenlő hosszú. Lehetnek különböző intenzitásúak, lehet köztük késleltetés. Ez a modul számításba veszi az erősítés telítődését, a rezonáns erősítés miatti és a zafír anyagi tulajdonságai miatti diszperziót, és a nemlineáris ön-fázismodulációt. Ciklusba van ágyazva, és ezzel lehetőséget nyújt sok átmenetes vagy regeneratív 16 erősítési folyamatok szimulálására is.
Spektrális intenzitás a Ti:zafír erősítő kimenetén a bemenő nyaláb fázismodulációjának függvényében tutorial bulk amplifier.vi f(ω) szinuszos fázismoduláció esetén az [( ω ω dt + ] f ω) = Asin ) φ + Δ ( 0 függvény paramétereit kell megadni 17
Detektorok A fs impulzus teljes karakterizálásához amplitúdót és fázist kell mérni az idő vagy a frekvencia tartományban. Pillanatnyi nemlineáris effektusokon alapuló közvetett technikák A LAB2 egy sor ilyen indirekt mérési módszert szimulál, de létrehoztak olyan eszközöket is, amelyek nem valósíthatók meg fizikailag. Ezek a hibakeresést segítik a programban. Háttérmentes Sok nagyságrenden keresztül méri az intenzitást. Háttérrel terhelt Másodrendű Inherens időszimmetria. Elő- és utóimpulzus nem különbözik. Harmadrendű Intenzitás korreláció Interferometrikus korreláció Autokorreláció Keresztkorreláció 18
Detektorok valós és matematikai eszközök 19
Detektorok korrelációs technikák 20
Detektorok FROG technikák FROG: Frequency Resolved Optical Grating. Elv: Előállítjuk, majd spektrálisan felbontjuk az intenzitás korrelációt. Megkapjuk az amplitúdót és a relatív fázist. Az idő megfordítására invariáns az eredmény. iωt A FROG jel : F ( ω, τ ) f ( t, τ ) e dt, hogy melyik nemlineári s folyamatot 2 ahol használjuk f. ( t,τ ) attól függ, f f f ( t, τ ) ( t, τ ) ( t, τ ) = = = E E E 1 1 2 1 ( t) E ( t) E * 2 2 ( t) E ( t ( t 2 ( t τ ) τ ) τ ) DFG SFG THG FROG FROG FROG - ra - ra - ra f ( t, τ ) = E 1 ( t) E 2 ( t τ ) 2 PG FROG - ra 2 * f ( t, τ ) = E1 ( t) E ( t τ ) TG FROG - ra 21 és SD FROG - ra Részletesen később
Detektorok FROG technikák 22
Kölcsönhatások Ebbe a csoportba a lézer-anyag kölcsönhatást szimuláló speciális függvények tartoznak. A rezonáns három szintes rendszer vi a Maxwell-Bloch egyenleteket oldja meg A kétatomos molekula vi az időfüggő Schrödinger egyenletet oldja meg két atomos molekulára egy alap és egy gerjesztett állapottal. 23