超短脈沖放大過(guò)程中的脈寬和光譜特性論(編輯修改稿)
2025-02-03 02:39 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 究超短脈沖激光，我們要人為地消除一些非線性效應(yīng)對(duì)脈寬及光譜的影響。通過(guò)多年的光科學(xué)探究、分析、及推導(dǎo)，得出了實(shí)驗(yàn)條件對(duì)光譜和脈寬真實(shí)性的影響，以便在今后實(shí)驗(yàn)條件的控制減弱非線性效應(yīng)的影響。實(shí)驗(yàn)室一般采用棱鏡介質(zhì)減弱非線性效應(yīng)，對(duì)脈寬進(jìn)行壓縮和放大。對(duì)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究我們得出結(jié)論。在放大的過(guò)程，自相位調(diào)制與群速度色散效應(yīng)對(duì)脈寬的展寬程度有相加強(qiáng)的作用，有些非線性效應(yīng)，如介質(zhì)的增益和窄化效應(yīng)，以及 SPM 效應(yīng)，對(duì)超短脈沖激光的輸出帶寬的影響很 小。由于可以引入啁啾補(bǔ)償，所以對(duì)超短脈沖激光脈寬進(jìn)行壓縮和放大是可行的，這也為該論題的研究提供理論基礎(chǔ)。 研究的意義 ： 在介紹研究意義之前，首先讓我們來(lái)認(rèn)識(shí)一下什么樣的脈沖激光叫做超短脈沖激光。一般來(lái)說(shuō)脈寬小于 （ 1ps=1012 s ） 量級(jí)的脈沖叫做超短脈沖激光。又因?yàn)槌堂}沖激光在放大過(guò)程易產(chǎn)生一些非線性效應(yīng)，如自相位調(diào)制（ SPM）效應(yīng)，各群速度色散效應(yīng)（ GVD），這些效應(yīng)可以引起超短脈沖激光的脈寬和帶寬的大小。因此我們可以通過(guò)研究該論題，得出非線性效應(yīng)影響超短脈沖激光在放大過(guò)程中脈寬和光譜特 性的機(jī)制，近而可以得出結(jié)論。以便今后可以通過(guò)人為的改變實(shí)驗(yàn)條件，來(lái)減小超短脈沖激光在介質(zhì)中傳輸時(shí)非線性效應(yīng)如 SPM 和 GVD 對(duì)脈寬和光譜特性的影響。從而可以將超短脈沖激光可以在人類的控制下得到最大的應(yīng)用和利用，從而可以更好地服務(wù)于人類。 例如人類已經(jīng)通過(guò)研究得到了一種寬帶摻鋇寶石激光晶體。這使得超短脈沖激光得到了迅速的發(fā)展。對(duì)超短脈沖 的研究從古到今，超短脈沖在帶寬上可以小于 4fs(1fs=1015s)。這使得激光脈沖的峰值功率很大很大，這樣的光波的光強(qiáng)很大。因此可以通過(guò)對(duì)超短脈沖激光的研究我們 可以得到高功率，高光強(qiáng)，高能量的激光。這便人類獲得了高能光源成為可能。這種超高功率，超高聚焦光強(qiáng)的激光是探索在十分特別條件下物質(zhì)行為的重大科學(xué)研究的基本手段。通過(guò) CPA 核心技術(shù)，這使得建造峰值功率 1PW CPA 的裝置技術(shù)日趨成熟。從便用此裝置在將來(lái)更好地服務(wù)于 7 / 13 超短脈沖放大過(guò)程中的脈寬和光譜特性 7 人類。由此可見對(duì)超短脈沖激光放大過(guò)程中，脈寬和光譜特性在前人的研究上更加深一步的研究，人類必會(huì)了解，發(fā)現(xiàn)探索出更加驚人的成果，服務(wù)于人，加深人類對(duì)超短脈沖激光的本質(zhì)認(rèn)識(shí)。 8 / 13 超短脈沖放大過(guò)程中的脈寬和光譜特性 8 2．激光脈沖放大過(guò)程中的脈寬和光譜特性 超短脈沖傳輸?shù)幕纠碚撝R(shí) 在介紹超短脈沖激光在介質(zhì)中傳輸?shù)幕纠碚撝R(shí)之前，讓我先認(rèn)識(shí)一下什么叫超短脈沖激光的脈沖寬度和光譜寬度。讓我們來(lái)了解一下這兩個(gè)概念是否表示同一物理量的區(qū)別，二者的區(qū)別空間在哪里呢？以及與超短脈沖激光相關(guān)的物理量，如光脈沖電場(chǎng)的表示及含義等等。 脈沖寬度和光譜寬度 在物理學(xué)中，光脈沖寬度 rp定義為光脈沖強(qiáng)度分布最大值 1/2 的全寬度（ FWHM），而光脈沖的光譜寬度 Δ WP則定義為光脈沖強(qiáng)度分布的全寬度即（ FWHM）。同樣，對(duì)光脈沖寬度和光譜寬度可以有不同的定義。光脈沖寬度可以有另一種定義：脈沖寬度 T 為脈沖強(qiáng)度分布最大值 1/2的 1/e,而光譜寬度 Δ W 為光譜強(qiáng)度最大值的 1/2 的 1/e 倍。由于光脈沖電場(chǎng)的時(shí)間和光譜特性可以通過(guò)傅里葉變換，找到兩者之間的關(guān)系。即光脈沖和光譜特性可以通過(guò)傅里葉變換彼此相關(guān)的。因此光譜寬度和脈沖寬度不可以單獨(dú)變化的。光譜寬度和脈沖寬度滿足關(guān)系： (1) (2) 式中 CB=,T0= ?p/ √ (對(duì)高斯波形分布 ) 光脈沖電場(chǎng)的表示 電磁場(chǎng)光波及電磁波可以用電場(chǎng)隨時(shí)間和空間的變化來(lái)完全表示出來(lái)。光波電場(chǎng)則可以表示為： ? （ ,t） = ? ( ) ??? ( ) [ ( )] (3) 以上是光波電場(chǎng)的向量表示，光波電場(chǎng)同樣可以用復(fù)數(shù)的形式表示出來(lái)， ??? ( ) ??? ? ( ) (4) 用復(fù)數(shù)電場(chǎng)表示的電場(chǎng)包絡(luò)可以表示為 ? ( ) ( ) ( ) (5) 用上式電場(chǎng)包絡(luò)的表達(dá)式，我們可以看出，它的幅值為 ( )，由于 ( )含時(shí)間 t，因此我們可以看出幅值為時(shí)間 t 的函數(shù)，不是恒定值，是隨時(shí)間 t 時(shí)刻變化的；向量 ??? 為橫軸 x 方向振動(dòng)光的單位矢量。 (
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