【仪器使用技巧】自相关仪的工作原理和调节方法（2）
本篇的主要内容基于相干公司（Coherent Inc.针对800nm波长的自相关仪（右图），阐述其工作原理和调节方法，如下图1是自相关仪的光路图：
图1. Coherent Inc. 的自相关仪SSA的 (a)光路图和 (b)实际结构图
一、准备工作：
1. 由于待测光的能量较强，所以需要用一个白片将待测光能量减弱。这里需要用一个楔角大的楔板，用其前表面的反射光作为待测光(后表面反射回的光会因为两次经过楔板材料引入其他色散，造成脉冲形状和宽度改变)。
2. 将待测光调成与台面水平，且光高是波片的中心高度。
3. 用水平仪将自相关仪SSA的底面调平(如果不是经常搬动SSA，此步可以省略)。
二、正式测量：
1. 将待测光通过反射镜M1导入到SSA中，调节SSA在台面的角度，使待测光方向垂直于SSA表面方向，用压块固定SSA；
2. 调节反射镜M1，使待测光依次通过波片λ/2、分束片BS1、延时器DL镜片的中心，同时待测光会经过M3的中心；经过BS1分束的两束光暂命名为透射光a和反射光b；
3. 调节反射镜M2的角度，使经过BS1反射的反射光b入射到反射镜M4中心；此时反射光b会通过分束片BS2，若反射光b没有经过BS2，则移动BS2的位置；
4. 调节反射镜M3和M4的角度，使透射光a和反射光b均落在反射镜M5上，且上下分布，左右一致；如图2. (a) 所示；
图2. (a)反射镜M5上的两个光斑； (b)晶体上的两个光斑； (c)晶体后的和频信号
5. 调节反射镜M5的角度，使透射光a和反射光b以非共线形式入射到非线性晶体BBO上；两光斑会有一部分重叠，如图2. (b) 所示；
6. 验证，挡住反射光b，调节延时器DL的位置，观察透射光a在晶体上的位置和方向是否变动；若变动，说明延时器DL需要重新调节，若不变，则继续下一步；
7. 用纸片放在BBO后，调节出透射光a和反射光b的和频信号，如图2. (c) 所示，即一条锐利的蓝线；具体调节方法如下：
a) 转动BBO晶体角度至α，使透射光a出现自倍频，即透射光a变蓝，反射光b依然是红光；
b) 转动BBO晶体角度至β，使反射光b出现自倍频，即反射光b变蓝，透射光a依然是红光；
c) 转动BBO晶体角度至(α+β)/2，此时透射光a和反射光b均无自倍频产生；同时，和频信号也无法观察到；此时，移动延时器DL的位置，至晶体BBO后出现和频信号，如图2. (c)所示；若该现象无法发生，则可能是两路光光程相差太多，需重新设计光路（一般自建的测量仪器会发生此种情况）；
8. 出现和频信号后，如果信号太弱，则转动半波片λ/2的角度，使和频信号也变强；
9. 将和频信号通过SSA的输出端口连接到示波器上，若显示信号光太强——示波器上显示信号饱和，则可以在BBO晶体后方加衰减片，注意，不可在测量光路中和晶体前加衰减片，因为透射元件会导致两路光不等同或改变待测光的啁啾或脉宽；
10. 在示波器上读取电信号脉冲的宽度（FWHM）如图3.(a) 中脉冲宽度为152.4 μs；
图3. (a)示波器显示电脉冲 (b)定标时电信号在时间上的移动
11. 定标：
a) 连接触发线；
b) 调节延时器的位置L1，使和频信号移到时间上的最左端，如图3. (b)中光标a的位置，记下此时的延时器位置L1，用示波器光标记下示波器上脉冲中心位置a；
c) 调节延时器的位置L2，使和频信号移到时间上的最右端，如图3. (b)中光标b的位置，记下此时的延时器位置L2，用示波器光标记下示波器上脉冲中心位置b；
d) 计算透射光a光程移动位置，计算示波器中电脉冲相应的时间移动
e) 定比例系数，若输入脉冲是高斯脉冲，则k=0.707
11. 计算光脉冲实际大小
12. 若需要压缩脉冲，则将SSA前的压缩器的间距进行移动，直至测得的光脉冲脉宽最小(表现为BBO后的和频蓝线信号最细最锐，示波器上显示的脉冲宽度最小)。
三、作者提醒：
标定的结果对脉冲测量影响很大。
1. 对于不同形状的脉冲，定标的比例系数不同，如果激光脉冲波形是高斯型、双曲线正割型、单边指数型，其变换系数分别为0.707、0.648、0.5；
2. 如果示波器显示的电信号脉冲有底座，说明待测脉冲有高阶色散；
3. 标定时，要保证移动延时器DL时，示波器上显示的电脉冲在时间上移动的量程要超过2ms；
4. 标定时，要保证示波器上显示的电脉冲的峰值电平在500mV以上，且电平不饱和；
5. 测量时，应使全部待测光进入自相关仪。如果待测光斑过大，可以将光斑缩束；
对于针对其他波长和结构的自相关仪，其结构类似且原理一致，都可以用这种方法进行快速调节。
