光学延迟线的搭建与使用中压电位移台的应用

文丨陈旭

编辑 | 小卓

发布丨卓立汉光

光学延迟线是一种引入光时间延迟的光学装置，原理一般为通过改变光程来实现对光传播时间的控制。延迟线的搭建有一个很重要的参数就是扫描步长，和每一步延迟的准确度，对于以位移台为核心搭建的光学延迟线而言，这个精度取决于位移台的步长以及步进的精度，因此采用高精度压电位移台是最好的选择。实现方式如图所示：入射光被安装在压电位移台上的屋脊棱镜反射两次沿原方向回射，压电位移台可在水平方向左右移动，引入的光程差为移动距离的两倍，引入的时间延迟量为光程差除以光速。可以利用脉冲间的时间延迟来实现高精度的测量。

在超快科学领域，延迟线常用于自相关测脉宽，以及泵浦探测，时域光谱等领域。由于飞秒量级的时间已经远超出了示波器、PD探头的响应速度极限，因此无法直接通过示波器等仪器直接测出脉宽，一般通过自相关的方式进行测量，自相关测量的原理是将一个脉冲分成等强度的两个脉冲，使其中一束光通过延迟线后将两束光合束并通过倍频晶体（如BBO），通过PD探头测量，PD探头的测量结果正比于光强

。通过改变延迟线的时间延迟（控制位移台移动）获得一系列强度-位置数据，利用得到∆t=2∆x/c将位置转化为时间，即可得到自相关图像，测得脉宽。

同时为了防止测量过程中引入的色散，自相关光路中一般尽可能的少引入透射元器件，保证测量的准确性，一般使用中空屋脊棱镜或者中空角锥。

自相关光路：

延迟线在泵浦探测中的应用

下图所示为一套基于马赫-曾德尔干涉设计的泵浦探测光路，采用环形反射镜分割与合并波前。输入光束的中心部分被一对安装在压电位移台上的直角反射镜反射，充当延迟线的作用。延迟的步长与精度取决于压电位移台的步长与精度。在合束后，光束的外环形部分被聚焦成气体射流产生高次谐波。光束的中心部分用于探测，基于这种设计的光路，可通过调节阿秒脉冲串和红外基频激光场之间的相位差观测到边带的调制，从而重建原始的阿秒脉冲信息。

参考文献

Y. Mairesse et al，Attosecond Synchronization of High-Harmonic Soft X-rays. Science 302, 1540 (2003);