[2019年IEEE欧洲激光与光电子学会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 德国慕尼黑（2019年6月23日-27日）] 2019年欧洲激光与光电子学会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 基于色散傅里叶变换的任意重复频率下单次载波包络相位漂移测量

摘要： 近年来，阿秒科学推动了激光系统的发展，这类系统能提供毫焦耳能量量级的少周期脉冲。这些实验依赖具有稳定振幅和载波包络相位（CEP）的场来获得可重复的结果[1]。因此，能够实现单次CEP测量和脉冲标记的诊断设备已成为当今激光系统的必备装置。f-to-2f[2]等自参考干涉测量法是最典型的单次CEP偏移表征方式。其最高可实现记录速率主要受限于光谱仪测量时间——即便采用快速探测器阵列也仅能达到10 kHz。色散傅里叶变换（DFT）[3,4]可突破这一限制，使得f-to-2f干涉仪输出信号的单次记录在高重复频率下成为可能。该方法依赖于具有足够色散的光学元件将脉冲持续时间拉伸至纳秒量级，从而使包含编码CEP的光谱调制图案出现在时域中，便于通过相对低速的光电探测器进行追踪。 为验证该概念的有效性与性能，研究团队在ELI-ALPS[5]最先进的中红外（MIR）激光系统上进行了CEP漂移测量（该系统可提供100 kHz中红外激光脉冲）。作为对照，并行采用光栅光谱仪（Fringeezz, Fastlite）[6]以10 kHz采样率进行测量。将两个记录信号同步后提取出相关性最高的10 kHz降采样子集。DFT方法的主要局限之一源于激光输出与触发用TTL信号之间的时间抖动——该抖动会改变调制图案的时间延迟，从而为测量的相对CEP值引入额外噪声源。为实现真正无时间抖动的单次CEP漂移测量，研究引入了与CEP无关的额外光谱调制以确定抖动噪声。图1展示了无抖动降采样数据集与光栅光谱仪测量结果的对比，表1汇总了计算所得CEP噪声值。这些数值在测量不确定度范围内保持一致，验证了这种新型CEP漂移测量方法可轻松扩展至任意重复频率。