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Phase Diversity Electro-optic Sampling:A new approach to single-shot terahertz waveform recording

Light(Science & Applications) 2022年第1期11卷 87-100页

作者： Eléonore Roussel Christophe Szwaj Clément Evain Bernd Steffen Christopher Gerth Bahram Jalali serge bielawski Univ.Lille CNRSUMR 8523-PhLAM-Physique des LasersAtomes et MoléculesCentre d’Étude Recherches et Applications(CERLA)F-59000 LilleFrance DESY(Deutsches Elektronen-Synchrotron) Notkestr.85D-22607 HamburgGermany Electrical and Computer Engineering Department University of CaliforniaLos Angeles420 Westwood Plaza90095 Los AngelesCAUSA

Recording electric field evolution in single-shot with THz bandwidth is needed in science including spectroscopy,plasmas,biology,chemistry,Free-Electron Lasers,accelerators,and material ***,the potential application range depends on the possibility to achieve sub-picosecond resolution over a long time window,which is a largely open problem for single-shot *** solve this problem,we present a new conceptual approach for the so-called spectral decoding technique,where a chirped laser pulse interacts with a THz signal in a Pockels crystal,and is analyzed using a grating optical spectrum *** borrowing mathematical concepts from photonic time stretch theory and radio-frequency communication,we deduce a novel dual-output electro-optic sampling system,for which the input THz signal can be numerically retrieved—with unprecedented resolution—using the so-called phase diversity *** show numerically and experimentally that this approach enables the recording of THz waveforms in single-shot over much longer durations and/or higher bandwidth than previous spectral decoding *** present and test the proposed DEOS(Diversity Electro-Optic Sampling)design for recording 1.5 THz bandwidth THz pulses,over 20 ps duration,in *** we demonstrate the potential of DEOS in accelerator physics by recording,in two successive shots,the shape of 200 fs RMS relativistic electron bunches at European X-FEL,over 10 ps recording *** designs presented here can be used directly for accelerator diagnostics,characterization of THz sources,and single-shot Time-Domain Spectroscopy.

关键词： recording approach successive

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