论文摘要
在生物医学光子学领域,超短激光脉冲的应用越来越广泛和深入,比如使用飞秒激光进行多光子激发荧光在细胞水平成像。但是,飞秒激光脉冲在经过色散介质之后脉冲在时域展宽,从而降低了双光子激发效率、成像深度和成像分辨率。因此,测量飞秒激光脉冲的强度和相位等参数显得尤其重要,可以促进飞秒激光系统中的色散研究,对于改进成像系统有很大的促进作用。本文的研究工作主要围绕怎样测量飞秒脉冲的强度和相位。首先,本文详细介绍了基于MATALB的脉冲强度和相位的重建算法,并且用模拟FROG图像重建脉冲验证了重建算法的正确性。此外,设计了GUI界面方便于操作和显示结果。其次,讨论了本研究工作所使用的飞秒激光强度和相位装置的测量原理和具体实现,包括系统的参数设计以及光路调节要点,并且搭建迈克尔逊干涉仪产生双峰脉冲对该实验系统进行了延时和光谱定标,得到CCD上每个像素点横向对应2.8259fs和纵向对应0.0605nm。最后,对实验获得的图像进行去噪声处理和合理采样使其满足重建算法中要求的傅立叶变换关系。对比处理前后的重建结果,证明了这些图像处理方式是很有效的也是必须的,可以大大降低重建误差,重建出更真实的脉冲强度和相位信息。然后利用脉冲重建算法成功地从处理后的实验图像中重建出了飞秒脉冲在时域和频域的强度和相位信息,得到原始激光脉冲的时域宽度为101fs,光谱宽度为9.46nm,脉冲相位随时间基本保持不变为常数。经过色散介质声光偏转器后,脉冲宽度展宽到323fs,光谱宽度仍为9.46nm,相位-时间曲线为抛物线,即脉冲产生了频率啁啾。