Time domain ptychography
Date
2015-04
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Stellenbosch : Stellenbosch University
Abstract
ENGLISH ABSTRACT: In this work we investigate a new method to measure the electric field of ultrafast laser
pulses by extending a known measurement technique, ptychography, in the spatial domain
to the time domain which we call time domain ptychography. The technique requires
the measurement of intensity spectra at different time delays of an unknown temporal
object and a known probe pulse. We show for the first time by measurement and
calculation that this technique can be applied with excellent results to recover both the
amplitude and phase of a temporal object. This technique has several advantages, such
as fast convergence, the resolution is limited by the usable measured spectral bandwidth
and the recovered phase has no sign ambiguity. We then extend the technique to pulse
characterization where the probe is derived form the temporal object by filtering meaning
the probe pulse is also unknown, but the spectrum of the probe pulse must be the same
as the spectrum of the temporal object before filtering. We modify the reconstruction
algorithm, now called ptychographic iterative reconstruction algorithm for time domain
pulses (PIRANA), in order to also reconstruct the probe and we show for the first time
that temporal objects, a.k.a laser pulses, can be reconstructed with this new modality.
AFRIKAANSE OPSOMMING: In hierdie werk het ons ’n nuwe metode ondersoek om die elektriese veld van ’n ultravinnige laser puls te meet deur ’n bekende meettegniek wat gebruik word in die ruimtelike gebied, tigografie, aan te pas vir gebruik in die tyd gebied genaamd tyd gebied tigografie. Die tegniek vereis die meting van ’n reeks intensiteit spektra by verskillende tyd intervalle van ’n onbekende ‘tyd voorwerp’ en ’n bekende monster puls. Ons wys vir die eerste keer deur meting en numeriese berekening dat hierdie tegniek toegepas kan word met uitstekende resultate, om die amplitude en fase van ’n ‘tyd voorwerp’ te meet. Hierdie tegniek het verskeie voordele, die iteratiewe proses is vinnig, die resolusie van die tegniek word bepaal deur die spektrale bandwydte gemeet en die fase van die ‘tyd voorwerp’ word met die korrekte teken gerekonstrueer. Ons het hierdie tegniek uitgebrei na puls karakterisering waar die monster pulse afgelei word, deur ’n bekende filter te gebruik, van die onbekende ‘tyd voorwerp’ nl. die inset puls. Ons het die iteratiewe algoritme wat die ‘tyd voorwerp’ rekonstrueer aangepas om ook die monster puls te vind en ons wys dat ons hierdie metode suksesvol kan gebruik om laser pulse te karakteriseer
AFRIKAANSE OPSOMMING: In hierdie werk het ons ’n nuwe metode ondersoek om die elektriese veld van ’n ultravinnige laser puls te meet deur ’n bekende meettegniek wat gebruik word in die ruimtelike gebied, tigografie, aan te pas vir gebruik in die tyd gebied genaamd tyd gebied tigografie. Die tegniek vereis die meting van ’n reeks intensiteit spektra by verskillende tyd intervalle van ’n onbekende ‘tyd voorwerp’ en ’n bekende monster puls. Ons wys vir die eerste keer deur meting en numeriese berekening dat hierdie tegniek toegepas kan word met uitstekende resultate, om die amplitude en fase van ’n ‘tyd voorwerp’ te meet. Hierdie tegniek het verskeie voordele, die iteratiewe proses is vinnig, die resolusie van die tegniek word bepaal deur die spektrale bandwydte gemeet en die fase van die ‘tyd voorwerp’ word met die korrekte teken gerekonstrueer. Ons het hierdie tegniek uitgebrei na puls karakterisering waar die monster pulse afgelei word, deur ’n bekende filter te gebruik, van die onbekende ‘tyd voorwerp’ nl. die inset puls. Ons het die iteratiewe algoritme wat die ‘tyd voorwerp’ rekonstrueer aangepas om ook die monster puls te vind en ons wys dat ons hierdie metode suksesvol kan gebruik om laser pulse te karakteriseer
Description
Thesis (PhD)--Stellenbosch University, 2015.
Keywords
Laser pulses, Ultrashort, Ptychography, Time-domain analysis, PIRANA, Electric fields -- Measurement, Spatial light modulators, UCTD