超短脈沖放大過程中的脈寬和光譜特性論(已改無錯(cuò)字)
2023-02-07 02:39:49 本頁面
【正文】 )是與時(shí)間 t 有關(guān)的相位， 為載頻頻率。瞬時(shí)頻率 ( ) ( ) ( ) ( ) (6) 且 ,載頻則應(yīng)修正為 (7) 若 ( )=f(t) 表示頻率隨時(shí)間 t 的變化；是 t 的函數(shù)，則與此種光電場對應(yīng)的光脈沖叫做啁啾脈沖。這里我們便引入了一個(gè)新的概念。啁啾有正負(fù)之分。負(fù)啁啾定義為 ( ) 。正啁啾時(shí) ( ) 這在下面超短脈沖激光在介質(zhì)中傳輸時(shí)的非線性效應(yīng)里還要介紹啁啾方面的知識(shí)。 光脈沖傳輸?shù)姆匠? 光脈沖的傳輸，實(shí)際上就是光這種物質(zhì)在介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)。我們知道，物體的運(yùn)動(dòng)都具有一定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，不管是什么形式的運(yùn)動(dòng)，人們的智慧則可以總結(jié)規(guī)律得到更一般的運(yùn)動(dòng)方程。以便 9 / 13 超短脈沖放大過程中的脈寬和光譜特性 9 可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)方程一目了然地概括出物體做運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)及規(guī)律。在這里我們主要介紹下光脈沖傳輸?shù)姆匠獭? 光脈沖在介質(zhì)中的傳輸，由于光脈沖也是一種電磁信號(hào)，所以光脈沖在介質(zhì)中的傳輸遵從麥克斯韋方程；又因?yàn)楣庖彩怯晌镔|(zhì)粒子構(gòu)成的，所以光脈沖在介質(zhì)中的傳輸遵循 物質(zhì)方程。 超短脈沖激光在傳輸和放大過程中的自相位調(diào)制效應(yīng)（ SPM）和群速度色散效應(yīng)（ GVD）對脈寬和光譜的影響 自相位調(diào)制效應(yīng) 和 群速度色散效應(yīng) 自相位調(diào)制效應(yīng) ： ”在時(shí)域內(nèi)，光場較強(qiáng)時(shí)介質(zhì)的折射率將隨光場幅度變化 這種變化將又通過介質(zhì)的傳輸常數(shù)轉(zhuǎn)化為傳輸相位隨光場幅度的變化，由于光在介質(zhì)中傳輸時(shí)光場的幅度將會(huì)不停地變化，與此同時(shí)自然會(huì)引起傳輸相位的調(diào)制變化。這現(xiàn)象在光學(xué)中叫做自相位調(diào)制效應(yīng)。簡稱 SPM. ” (王中陽 ,1997, 24( 8) : 715～ 720) 群速度色散效應(yīng) ： ”光脈沖在介質(zhì)中傳輸時(shí)，介質(zhì)的色散作用不同頻率的波脈沖將以不同的群速度傳輸，這種現(xiàn)象叫做群速度色散效應(yīng)。簡稱 GVD.”(王中陽 ,1997, 24( 8) : 715～ 720) SPM 與 GVD 在超短脈沖激光在放大過程中對脈寬和光譜特性的影響。 線性傳輸?shù)娜核俣壬⑿?yīng)。絕大多數(shù)介質(zhì)在超短脈沖時(shí)間大小尺度時(shí)開始顯示出群速度色散效應(yīng)。如 1cm 的光學(xué)玻璃將使 100fs 的脈沖色散展寬約 200fs。而對于更短周期量級(jí)的超短脈沖，氣體的色散也必須被計(jì)及 ,如 3m 的空氣將使 5fs 的被展寬約為 15fs。群速度色散效應(yīng)（ GVD），會(huì)展寬脈寬。當(dāng)色散長度 LD遠(yuǎn)遠(yuǎn)地長于介質(zhì)長度 L 及非線性長度 LNN時(shí)，也就是當(dāng)脈沖的寬度較寬的時(shí)候，結(jié)果影響正是如上討論。當(dāng)脈沖變窄，并且其色散長度可與介質(zhì)的長度相比較差不多的時(shí)候，脈沖在介質(zhì)中的變化，就要考慮自相位調(diào)制效應(yīng)（ SPM）和群速度色散效應(yīng)（ G VD）之間的相互作用。由于放大器窗鏡折射率隨光強(qiáng)的變化將會(huì)導(dǎo)致自相位調(diào)制效應(yīng)（ SPM）自相位調(diào)制效應(yīng)，會(huì)使光譜寬度變寬，且會(huì)使光譜產(chǎn)生一定大小的相移。自相位調(diào)制效應(yīng)（ SPM）和群速度色散效應(yīng)會(huì)相互作用，會(huì)加速超短脈沖激光的展寬快慢。 GVD 與 SPM 之間的相互作用會(huì)引起超短脈沖激光的一新的特點(diǎn)。 色散長度 LD和非線性長度 LNL。 LD和 LNL是超短脈沖激光在介質(zhì)中傳播時(shí)，脈沖寬度的演變量。用 LD和 LNL可以衡量在傳輸過程中。群速度色散效應(yīng)（ GVD）和自相位調(diào)制效應(yīng)，哪個(gè)影響占主導(dǎo)地位。 如果是在反常的色散區(qū)域。那么群速度色散效應(yīng)和自相位調(diào)制效應(yīng)的相互作用將會(huì)導(dǎo)致形成抓子；如果是在正常的色散區(qū)域，則自相位調(diào)制效應(yīng)（ SPM）及群速度色散效應(yīng)（ GVD）的相互作用則可以壓縮光譜的寬度。現(xiàn)在我們同時(shí)討論自相位調(diào)制效應(yīng)（ SPM）和群速度色散效應(yīng)（ GVD）的作用情況下，討論這兩種非線性效應(yīng)對脈寬和光譜的影響。一般有如下公式成立， ( ) ? | | (8) 上式中 ∑ ?分別為歸一化長度變量和時(shí)間的變量。 ， ；物理中定義參量 為： | |? (9) 10 / 13 超短脈沖放大過程中的脈寬和光譜特性 10 從上面的議程我們可以看出 N 決定著在超短脈沖激光傳播及演化的過程中，自相位調(diào)制效應(yīng)和群速度色散效應(yīng)，哪個(gè)效應(yīng)起作用呢？這主要由量 N 決定的：當(dāng) N《 1 時(shí)，群速度色散效應(yīng)起主要作用。當(dāng) N》 1 時(shí)，自相位調(diào)制效應(yīng)起主要作用。當(dāng) N 1 時(shí)，群速度色散效應(yīng)和自相位調(diào)制效應(yīng)將會(huì)同時(shí)起作用。群速度色散效應(yīng)和自相位調(diào)制效應(yīng)的相互作用，將會(huì)與群速度色散效應(yīng)及自相位調(diào)制效應(yīng)的單獨(dú)作用進(jìn)的行為存在明顯的不同及區(qū)別。在正常的色散介質(zhì)中， SPM 的存在作用加速了僅有自想念調(diào)制 SPM 時(shí)，對脈寬寬度的展寬效果。原因就在于自相位調(diào)制效應(yīng) SPM 作用產(chǎn)生脈沖前沿附近的紅移效果。 而在脈沖的后端沿附近將產(chǎn)生藍(lán)移的現(xiàn)象。紅移分量比藍(lán)移分量
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