超短脉冲全息术

　　亚皮秒乃至飞秒即超短脉冲技术的发展打开了超短光脉冲在超快现象、极高强光与物质的相互作用、高速光电子器件、光通信和医学成像等领域的应用空间.王大珩先生曾经指出,和超短脉冲技术相结合的时域全息术可以存储和复现物体的快速变化过程,以及立体物体的层面,这是全息技术的显著优点之一.本站讨论超短脉冲(超快时域信号)的全息术,主要涉及光脉冲波形的存储、回访和非线性滤波的全息处理方法.这些方法有可能产生许多新的应用,如超快脉冲波形匹配滤波和加密的飞秒数据存储.

　　传统的全息技术可以称为空域全息术,广泛应用于在空间域中存储和回访图像并执行模式识别相关等信号处理操作,信号光束携带空间变化的光信息,参考光束通常在空间上均匀的,二者干涉形成一系列条纹,被记录下来成为全息图.随后,用均匀的测试(读出)光束照明全息图,依据不同的记录光路可重构出原始信号光束的实像或共轭像.用携带信息的测试光束照明全息图,可产生测试光束与存储的信号光束之间的相关与卷积.与之类比,超快时域信号的全息术中信号光束是经过整形的脉冲,信息加载在其光谱上;参考光是具有规则的宽光谱短脉冲.在全息记录阶段,信号脉冲每个谱分量的复振幅与参考脉冲相应的谱分量相干涉,形成一系列干涉条纹并存储下来.随后,用短的测试脉冲照明全息图,依据记录光路的不同会复现出原始信号脉冲或者其时间反转(共轭)的信号.同样,用整形的脉冲照明,会产生测试脉冲与信号波形之间的相关与卷积.

　　在常规的全息术中,两束写入光通常来自连续波单色光源,其光谱(光的时间频谱)可以用函数表征;参考光波一般采用简单的波面,物光波(或信号光波)在空间受到调制,因而信息承载在其空间频谱中.在超短脉冲的全息术中,写入光是纳秒、皮秒甚至飞秒级光脉冲的时间序列,脉冲持续时间越短,其时间频谱越宽.参考光通常采用未经处理的原始脉冲,信号光的光谱经过整形处理.(Spectrally Shaped)或称移相处理(Spectrally Dephased),因而信息承载于其光谱中.依据不同的全息记录光路,超短脉冲全息可以分为时域全息和光谱全息两大类.直接记录两束脉冲光的干涉称为时域全息;用色散元件将脉冲光的光谱展开,记录参考光和信号光对应的光谱分量的干涉称为光谱全息.