吴琴菲 文锦辉

(中山大学物理学院, 广州 510275)

频率分辨光学开关(frequency-resolved optical gating, FROG)法是目前测量超短激光脉冲的主要方法之一.针对其常用的主成分广义投影重构(principal component generalized projections, PCGP)算法在处理大矩阵FROG 谱图时速度会减慢及存在噪音时准确度下降的缺点, 本文提出一种基于搜寻者优化算法的FROG算法.该算法在直接测量脉冲光谱分布的基础上, 通过搜索脉冲频域相位的几个色散系数, 从而恢复脉冲的结构.由于新算法主要在频域上进行运算, 流程比PCGP 算法简便很多, 收敛速度和准确性都有明显改善.通过数值模拟方法重构了多个不同结构的超短脉冲, 分析讨论了无噪音和在不同噪音水平下该算法的准确度.计算结果充分展示了该算法重构脉冲的速度快、准确度高的特点, 在无噪音条件下其准确度比PCGP 提升了3 个数量级以上.

1 引 言

频率分辨光学开关(frequency-resolved optical gating, FROG)法是目前常用的超短激光脉冲测量技术[1−3], 它可以完整地恢复脉冲信息.其中二次谐波频率分辨光学开关(second-harmonic generation FROG, SHG-FROG)法因灵敏度高,可测量较弱能量的脉冲而应用广泛[4−6].FROG 方法的输出信号是一个二维光谱图, 需要采用迭代逼近算法来重构脉冲的形状.为了提高脉冲重构的速度和准确性, 达到实时测量脉冲的目的, 人们不断地对FROG 重构算法进行改进[7−10].其中广义投影(generalized projections, GP)算法[7−11]适用于各种结构的FROG 技术的脉冲重构, 其收敛性能和鲁棒性都很好.在GP 算法基础上, Kane[8,12−14]提出了主成分广义投影(principal component generalized projections, PCGP)算法, 它通过脉冲的外积矩阵构建FROG 谱图, 然后用奇……