8. előadás Ultrarövid impulzusok mérése - autokorreláció

Hasonló dokumentumok
Optikai mérési módszerek

Anyagi tulajdonságok meghatározása spektrálisan

X-FROG, GRENOUILLE. 11. előadás. Ágazati Á felkészítés a hazai ELI projekttel összefüggő ő képzési é és K+F feladatokra"

OPTIKA STATISZTIKUS OPTIKA IDŐBELI KOHERENCIA. Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Atomfizika Tanszék, dr. Erdei Gábor

A femtoszekundumos lézerektől az attoszekundumos fizikáig

SPEKTROSZKÓPIA: Atomok, molekulák energiaállapotának megváltozásakor kibocsátott ill. elnyeld sugárzások vizsgálatával foglalkozik.

3. feladatsor: Görbe ívhossza, görbementi integrál (megoldás)

Mobil robotok gépi látás alapú navigációja. Vámossy Zoltán Budapesti Műszaki Főiskola Neumann János Informatikai Kar

Á ú ú ű ű ú ú Í ú ú Ö ű Ö ű Ö Ö ű ű ú ÍÍ Í ú Í Í Í Í Í ú ú

REAKCIÓKINETIKA ALAPFOGALMAK. Reakciókinetika célja

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

3. Gyakorlat. A soros RLC áramkör tanulmányozása

A BIZOTTSÁG MUNKADOKUMENTUMA

Túlgerjesztés elleni védelmi funkció

Atomfizika előadás Szeptember 29. 5vös 5km szeptember óra

2. gyakorlat: Z épület ferdeségmérésének mérése

ELTE II. Fizikus 2005/2006 I. félév KISÉRLETI FIZIKA Optika 10. (X. 12)

Intraspecifikus verseny

Ó Ó ó ö ó

5. Differenciálegyenlet rendszerek

ó Ó ú ó ó ó Á ó ó ó Á ó ó ó ó Á ó ú ó ó ó

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Á ű ó ó

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Kutatóegyetemi Kiválósági Központ 1. Szuperlézer alprogram: lézerek fejlesztése, alkalmazásai felkészülés az ELI-re Dr. Varjú Katalin egyetemi docens

ű ű ű Ú Ú Á ű Ö ű ű Ú Ő É

ű Ö ű Ú ű ű ű Á ű

Á Ó ű ű Á É ű ű ű ű Ú Ú

Á Á ő ő Ö ő ő ö É ö ő ö ő ő ö ő ő ö ő ő ü ö

ö ö Á Á Ó Á ö ö ö ö ö ú ű ö ö Á Á ű ű ö ö ö ö ű

ű Ú ű ű É Ú ű ű

Á Ö Ö Ö Ö ú ú Ö Ö Ó Ó ú ú Ü ú Ó Ö Ö Ü Ó Ö Ö Á Ó ú ú ú ű Ö Ö Ö Ö Á Ó Ö Ó ú ú Ö

Ó é é Ó Ó ő ű Ó Ö ü Ó é Ó ő Ó Á Ö é Ö Ó Ó é Ó Ó Ó Ó ú Ó Ó Ó Ó ű Ö Ó Ó Ó é Ó Ó ö Ö Ó Ö Ö Ó Ó Ó é ö Ö é é Ü Ó Ö Ó é Ó é ö Ó Ú Ó ő Ö Ó é é Ö ú Ó Ö ö ű ő

ó ő ő ó ő ö ő ő ó ó ó ö ő ó ó ó ö ő ó ő ő ö Ö ő ö ó ő ö ő ő ú ö ö ü ö ó ö ö ö ő ö ö Ö ú ü ó ü ő ő ő ő ó ő ü ó ü ö ő ö ó ő ö ő ö ü ö ü ő ö ö ó ö ő ő ö

Ó Ó ö ú ö ö ö ö ü ú ú ö ö ö ú ú ö ö ö ú ú ú ű ö ö ú ö ü ö ö ö ö ü ú Á ö ü Á ö ö ö ö ö ö

Á Ü É Ü Ú Ü É

Ú ű É ű ű Ü Ü ű ű Ú É ű ű Ü ű ű ű ű ű ű ű Ú ű ű

ü ü Ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü É ü ü

É Á Á Ö Á

ű ő ő ő

é ü ó ö é Ö é ü é é ó ö é ü ü é é ó ó ó é Á é é ü ó é ó ó é ö ö ö é é ü é ü é é ö ü ü é ó é é é é é é ö é é é é é é ö é ó ö ü é é é ü é é ó é ü ó ö é

ú ö ö ö ö ö ö Á ö ö ö á á á ű Ü ű ö ö Á á Á

Á ó ó ó Ü Ü ó ó Ü ó ó ú ú ó ó Ü ó ó ó Ü ó ó

ú Ó ú ú ú ú ú ú ú É Á

É É Ö

ö ő ü ö ő ő ü ü ő ő ő ü ö ü ü ő ú ő ő ő ü ő ő ő ő ő ú ő ő ü ő ő ő ü ö ü ú ő ő ő ő ü ü ő ő ú

ü ú ú ü ú ú ú ú

1. Előadás: Készletezési modellek, I-II.

A T LED-ek "fehér könyve" Alapvetõ ismeretek a LED-ekrõl

Fizika A2E, 11. feladatsor

Járműelemek I. Tengelykötés kisfeladat (A típus) Szilárd illesztés

A Lorentz transzformáció néhány következménye

Előszó. 1. Rendszertechnikai alapfogalmak.

Dinamikus optimalizálás és a Leontief-modell

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Síkalapok vizsgálata - az EC-7 bevezetése

SZABÁLYOZÁSI ESZKÖZÖK: Gazdasági ösztönzők jellemzői. GAZDASÁGI ÖSZTÖNZŐK (economic instruments) típusai. Környezetterhelési díjak

ELOSZLÁS, ELOSZLÁSFÜGGVÉNY, SŰRŰSÉGFÜGGVÉNY

A sztochasztikus idősorelemzés alapjai

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

5. HŐMÉRSÉKLETMÉRÉS 1. Hőmérséklet, hőmérők Termoelemek

SZUPERKRITIKUS FLUID KROMATOGRÁFIA KROMATOGRÁFIÁS ELVÁLASZTÁSI TECHNIKÁK

ö á á ö á ü á í á ö ü í ö ö ő ö á á ó ö á á á í ó á á á ő ő ú ú á á ó ó ó ő ö ü ö ö ü ö Ö á ő á á Ö á Í á ó á ő ü á ö á á ü ö ö á ö á á ö ó ü ú ő á í

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

ű ú Í Ó Á ú Ű ű Ő Ö Á ú Ű Ü ú ú Á ú ű

Fourier-sorok konvergenciájáról

ú Ü Í ú ú ú ú ú ú

HF1. Határozza meg az f t 5 2 ugyanabban a koordinátarendszerben. Mi a lehetséges legbővebb értelmezési tartománya és

É ú É ö ö ű ö ö ö ú ú ú ű ű ú ö ű ö ű ű ü ö ö ü ű ö ü ö ö ö ö ú ü ö ö ö ú ö ö ú ö ö ú ü ú ú ú ű ü ö ö ű ú ű ű ü ö ű ö ö ö ű ú ö ö ü ú ü ö ö ö ü ú ö ű

É Í Á Á É Ü Ó É É É É Í Ó Ó Ő Á Á É Á É É É É Á É É Á Á É É Á É Í

É Ö Á Í Á Ó Ö ü

ú ű ú ú ű ú ű ű ú ű ú ű Á ű ű Á ű ű ú ú ú ú ú ú ű ú ú ú ú ú ú ú ú

Ö Ö Ú Ó Ö ű Ő Ő ű ű Ü Ő Ó Ő

fizikai szemle 2007/4

É ö Ű ő ű ő ő ű ű

Ü

ú ú ö ö ü ü ü ü ű ü ü

ö ő ő ü ü Ó ü ö ű Á ő ő ö ő Á Ó ű ö ü ő ő ű

Ó ű ű Á ú ű ű ú ú ú ű ű É ú É Á Á ú ű Ü Á Ü Á ű Ö Ú É Ó É Á Á Á Ű Á úá Á Ö É Ö É Ü

é ú é é é é é é é é é é é é ú é ö é é é ö Ő é é é ú é é é é é é é é ö é é é ö é Ö é é ö é ö é é é ű é ö ö é ö é é ö ö é é ö ö é ö é Ö é ú é é é é é é

Á Á Ö Ö Ü É Ö É É Á Ú É É É É Á Á Ö Ö Ő

ő ő ő ő ú É ü ú ú ű ú ű ő ő ő ő Á Á ü ő É É É É É É Á Ú Á Á ő ő ő ő ő É Á Á Á ő ő ő Á ü ő ő ü

ó É ó í ó ó í í ö í ó í ö ö ö ü ö ó ó ó ü ú ö ü ó ó ö ö ü ü ü ö ö ó ö í ó ű Ü ó í ú í ö í ö í Í ó ó í í ö ü ö ö í ö í ö ö ö ü ó í ö ö ó í ú ü ó ö

ő ö ő ú ő ö ö ő ó ő ö ü ú ö ö ó ő ö ü ó ó ó ó ő ő ő ó ó ú ő ü ő ö ö ó ü ö ö ő ű ö ö ő ú ú ó ö ő ű ö ó

Ö Ö ű ű ű Ú Ú ű ű ű Ú ű

ü É ö É É ö ö ö ü ö ö Á ű ö ű ű ű Á Í ö ö Ó ö

ö ö ö ö ö ö ö ü ö ü ö ű ö ú ü ű ö ü Í ö ú ü ü ű ö ú ü Á ü

ó ú ú ü ú ő ó ő ő ó ó ó ö ó ü ő ó ő ö ü ü ó ö ő É ó ö ö ö ó ó ö ü ü ö ü ó ó ő ó ü ó ü ü ö ö É ú ó ó ö ú ö ü ü ó ó ó ü Á ö ö ü ó ö ó ö ö ö ö ó ó ö ó ó

ú ú ü ü Á ú ú ü ű ű ú ü ü ü ü

Í Ó ü ü í ü ü ü í Í í É í í Í Í ü ü ü í Í ü

Í Í Í Ü Ó Ó Ö Á Ü Ü Ó Ü Ü Ó Ö Í É Ö

í í É í ó ó É ö í ó í ó í ó ó í ó í í ó ó ó í ö ö ö ö í í í ó ó ö ó

ö ö ó ú ö ö ú ü ó ö ö Í ö ö ö ü ó ö ö ú ú ö ü ó ü ó ü ö ú ü ó ü ö ó Á Á ö ü ú ó ö ü ü ö ó ü ü Á ü ö ü ö ü ö ö ö ü ö ú ö ö ö ü ú ö ú ö ű ú ú ü ö ó ö ö

é ö é Ö é é ő í ó í é ő ö ú é ó é ő ü ü é ó ö é é ó é é ö é ő í é é ő é é ö é ű ö é í ó é é í ö í ó í ó é é ö ó í ó ó í ó é é ö ő í ó ó í ó ü é í ü

Ö ő ü Ö Ö Ő ü ő Ö Ö ü ű Á Í Ö ű ü ő ő ő Ö ü ü ő ő ő Ü ü ő ő ő ü ő ő ü ü

í ó ő í é ö ő é í ó é é ó é í é é í é í íí é é é í é ö é ő é ó ő ő é ö é Ö ü é ó ö ü ö ö é é é ő í ő í ő ö é ő ú é ö é é é í é é í é é ü é é ö é ó í é

Ö Ö Ö Ö Ö Á Ű É Ö Ö Ö

ő ö ő ű ó ö ó ű Í Ö Ö Á Í Ó Ö Ü É Ö Ö Ö Á Á Ö É Á Ö

ü ö ú ö ú ü ö ü Á Ó ö ö ö ö ú ü ú ü ü ú ú ö ö ü ü ú ü ü ö ö ű ö ü ü ü ü ö ö

Ü ü Ü Ö Ó ö ü ö Ó Ú Ó ü Ó ö ö Á ö ö ö ö ü

Átírás:

Ágazai Á felkészíés a hazai LI projekel összefüggő ő képzési é és KF feladaokra" " 8. előadás Ulrarövid impulzusok mérése - auokorreláció TÁMOP-4.1.1.C-1/1/KONV-1-5 projek 1

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-4.1.1.C-1/1/KONV-1-5 projek

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-4.1.1.C-1/1/KONV-1-5 projek

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-4.1.1.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, ) = 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-4.1.1.C-1/1/KONV-1-5 projek Csoporkésés-diszperzió (GDD)

Csoporkésés, csoporkésés-diszperzió p p p ( ) ( ) ( ) ( )... d 1 d = φ φ φ φ( ) ( ) ( ) ( )... d d = = φ φ növekvő frekvencia csökkenő frekvencia TÁMOP-4.1.1.C-1/1/KONV-1-5 projek

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-4.1.1.C-1/1/KONV-1-5 projek

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-4.1.1.C-1/1/KONV-1-5 projek

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-4.1.1.C-1/1/KONV-1-5 projek

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-4.1.1.C-1/1/KONV-1-5 projek () d

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-4.1.1.C-1/1/KONV-1-5 projek

Auokorrelációs görbék 1 fs-os 8 nm közponi hullámhosszú fourier-ranszformáció limiál impulzus eseén Inerferogram Hogyan ovább? TÁMOP-4.1.1.C-1/1/KONV-1-5 projek

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-4.1.1.C-1/1/KONV-1-5 projek

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-4.1.1.C-1/1/KONV-1-5 projek

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-4.1.1.C-1/1/KONV-1-5 projek

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-4.1.1.C-1/1/KONV-1-5 projek

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-4.1.1.C-1/1/KONV-1-5 projek

Inenziás auokorreláció Lab-val TÁMOP-4.1.1.C-1/1/KONV-1-5 projek

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-4.1.1.C-1/1/KONV-1-5 projek Késleleés ( ) = I ( ) I ( )d IA g

Inerferomerikus auokorreláció szűrő Lézer másodharmonikus generáló krisály nyaláboszó késleleés IA TÁMOP-4.1.1.C-1/1/KONV-1-5 projek Inerferomerikus auokorreláció eseén kollineáris elrendezés alkalmazunk = d ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

Inerferomerikus auokorreláció maemaikája ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) = d IA * * * * ( ) ( ) () ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) IA * * * * * * = ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) () ( ) () () ( ) ( ) () ( ) d 4 * * () () ( ) () () ( ) I I * * = ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) () ( ) () ( ) () ( ) ()( ) I I I I I I d 4 * * * * TÁMOP-4.1.1.C-1/1/KONV-1-5 projek

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

Inerferomerikus auokorrelációs görbék TÁMOP-4.1.1.C-1/1/KONV-1-5 projek

Inerferomerikus auokorreláció Lab-val TÁMOP-4.1.1.C-1/1/KONV-1-5 projek