【摘 要】
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近年来超短脉冲激光在生物医疗、精密加工、材料化工以及通讯等领域都有良好的应用和发展,例如在超快加工技术方面,利用高峰值功率的超短光脉冲对材料进行处理,可以有效地降低材料的热堆积效应,提高切割和打孔效率。由于超短脉冲的脉宽对整个激光器的使用性能起着决定性的作用,同时飞秒激光器研制过程中对激光器的脉冲宽度也有着明确的技术参数要求,因此研究开发超短脉冲脉宽测量系统有重要的科研和实际应用价值。本文基于非共
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近年来超短脉冲激光在生物医疗、精密加工、材料化工以及通讯等领域都有良好的应用和发展,例如在超快加工技术方面,利用高峰值功率的超短光脉冲对材料进行处理,可以有效地降低材料的热堆积效应,提高切割和打孔效率。由于超短脉冲的脉宽对整个激光器的使用性能起着决定性的作用,同时飞秒激光器研制过程中对激光器的脉冲宽度也有着明确的技术参数要求,因此研究开发超短脉冲脉宽测量系统有重要的科研和实际应用价值。本文基于非共线二次谐波自相关原理搭建了用于测量飞秒激光脉冲宽度的自相关装置,并基于LabVIEW软件编写了脉宽测量程序实现测量数据在线分析、处理以及激光脉冲宽度显示,达到了快速实时监测飞秒激光器状态的目的。本文在分析超短脉冲的研究进展和超短脉冲脉宽测量技术国内外现状的基础上,提出了基于虚拟仪器技术平台的非共线自相关法的测量装置,建立了超快脉宽测量系统理论和试验模型。根据Maxwell方程组和物质方程推算出第Ⅰ型非共线瞬态耦合波方程组以及其在小信号情况下的解析解,并根据非线性晶体的倍频效应原理对自相关信号的产生进行了理论分析。制定了具体实验方案,通过分析BBO晶体的有效非线性系数、相位匹配方式、倍频转换效率以及群速度失配等因素,利用MATLAB软件模拟了BBO晶体的第Ⅰ型相位匹配角、待测光脉冲的非共线夹角和入射波长之间的关系,确定BBO晶体尺寸为8mm×8mm×0.4mm,其第Ⅰ型相位匹配角为29.2°,从而完成了系统总体设计,搭建了基于LabVIEW的超短脉冲脉宽测量系统。通过在线自标定方法实现了单像素精度为1.049fs,在此基础上对型号为Mira-900的飞秒激光器（中心波长800nm、重复频率76MHz、脉宽约90fs）进行验证测试,获得高斯型脉冲宽度为95.3fs。测试结果表明本文自相关装置可以实现100飞秒内的激光脉冲宽度实时准确测量。
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