在充分考虑测量仪器特点的基础上设计非方形迹图,具体对原方形迹图进行如下三种操作:频率轴的低通滤波,降低非线性过程中相位匹配带宽的要求;频率轴的上采样,充分利用光谱仪的高分辨率;延时轴的下采样,明显减少测量耗时并提高精度。由此基于层叠成像算法对二次谐波、偏振门和交叉相位调制三种构型的频率分辨光学开关(FROG)使用非方形迹图进行脉冲重建并对重建能力进行比较,发现在频率轴“1/3×”低通滤波和“4×”上采样的情况下,交叉相位调制构型能够在仅使用8个延时(原方形迹图需128个)的情况下成功实现脉冲的重建。因延时操作为FROG技术中最耗时的环节之一,减少其次数可有效促进FROG用于超短激光脉冲的实时测量。

利用频率分辨光学开关(FROG)法测量超短激光脉冲时,使用层叠成像算法能够实现脉冲的超分辨重建。将FROG法测量的迹图在频域中以矩阵形式表达,结合sinc函数在频率轴的延展性质,成功诠释了FROG法的相位编码原理,该分析为超短脉冲的超分辨恢复提供了理论支持。在此基础上,数值仿真演示了对FROG迹图的频率轴和延时轴同时进行欠采样的情形下,利用层叠成像算法实现的相位恢复结果。该结果有助于指导FROG的测量,提高测量的精度,减少测量时间。

由于超短脉冲测量系统中存在透射元件,脉冲经过测量系统时将被展宽,因此测量结果中存在较大的误差。针对脉冲测量中被展宽的问题,设计了一种全反式超短脉冲测量系统,可实现对更短的超短脉冲的测量。所设计的系统利用菲涅耳双面镜产生时间延迟,利用柱面反射镜、薄晶体和光栅产生光谱,避免了系统中色散的产生。在满足采样率的前提下,对频率分辨光学开关(FROG)迹线采样范围进行分析,获得测量系统所需的时间延迟和倍频带宽,并以此为约束条件,推导了待测脉冲的脉冲宽度与菲涅耳双面镜和柱面反射镜参数的关系。

在分析实际频率分辨光学开关(FROG)迹线噪声来源的基础上, 设计了一种合理的去噪程序; 对含模拟噪声的FROG 迹线分别进行直接重建和去噪后重建, 两者均方值误差相差一个数量级, 证明了该去噪程序的有效性; 搭建了FROG系统, 获得了实际脉冲的FROG迹线, 通过对直接重建和去燥后重建的结果进行对比分析, 发现去噪后重建的脉冲更接近真实的脉冲, 证明了噪声处理的必要性。

利用光克尔效应和交叉相位调制效应，采用基于矩阵的主元素广义投影（PCGP）算法，提出了基于克尔晶体的频率分辨光学开关法（FROG）光学任意波形测量方案。建立了基于克尔晶体的FROG光学任意波形测量的理论模型，并对该方案进行了仿真研究，讨论背景噪声处理、门函数形状、门波形幅度对波形恢复的影响。仿真结果表明：该方案可以实现对光学任意波形的幅度和相位的准确测量；门脉冲采用矩形波形时，光学任意波形的测量准确性较高。

为了观察脉冲在时域上是否产生调制现象, 从而判断其频谱情况, 利用非线性晶体中的OPA (光学参量放大)效应, 提出了一种 OPA-FROG (基于光参量放大的频率分辨光学开关)法光学任意波形测量方案, 该方案结构简单, 易于实现。在MATLAB环境下利用PCGP (主元素广义投影) 算法对测量波形进行恢复, 结果表明, 该方案能够准确地测量光学任意波形的幅度和相位。利用门脉冲选通过程含有增益放大的特点, 可以实现对微弱信号的测量。

对频率分辨光学开关法(FROG)飞秒脉冲测量技术进行了综合阐述。在FROG 法基本原理分析的基础上，以测量技术原理发展变化为主线，介绍了三种不同瞬时响应非线性效应下—三阶非线性效应、二级非线性效应和交叉相位调制(XPM)效应，所构成的不同FROG 测量结构的研究现状和发展方向，并综合分析了三种分支技术的性能特点。对各种不同的FROG 测量结构进行了详细的比较，得到它们的优缺点及发展前景，为FROG 飞秒脉冲测量技术以后的发展提供研究思路和参考。

报道了利用简化的频率分辨光学开关法快速测量飞秒激光脉冲，并形成反馈，控制液晶空间光调制器，补偿非线性光纤飞秒激光放大器输出脉冲的啁啾，获得了脉冲宽度74 fs的变换极限脉冲。

从无光栅频率分辨光学开关(GRENOUILLE)的测量原理出发，分析了不均匀的光束空间轮廓导致行迹畸变的原因，并通过数值方法模拟了GRENOUILLE内部存在的数据一致性校验机制对这种影响的抑制作用。结果表明:不均匀光束空间轮廓对GRENOUILLE测量结果的影响并不显著；实际测量中更应避免的是使用过小的光束口径，它将导致行迹不完整，从而显著影响时间波形的测量结果。

在详细分析频率分辨光学开关法(FROG)的基础上, 对几种类型的FROG迹线进行了模拟, 并运用Matlab软件编制程序还原出脉冲信息。用二次谐波型频率分辨光学开关法(SHG-FROG)测量了KLM钛宝石激光器的输出脉冲, 并运用算法进行了处理, 得到脉冲的振幅和相位信息, 与干涉自相关法的测量结果一致。