多层膜结构在线视频

下面一部分我们讲一下

多层膜结构带来的色散补偿

多层膜结构其实大家也比较熟

咱们实验室用的介质镜

大家知道介质镜是怎么做成的

看见是很薄薄的一层膜

那个膜其实是由低折射率高折射率

不同的折射率的材料

一层一层堆积起来的

这个是每一层的厚度呢

是四分之一波长

因此看到下面这个图

就是在一个玻璃板上镀N层

这个N层的折射率呢

是从低一层低 一层高

一般的来说用的是2N

或者是2N加1层介质膜形成

当光入射的时候呢

光就在这个每一层中

一个是折射 反射然后出射

下一层再折射 反射 出射

然后每一个出射光它们之间

会产生一个相互干涉

干涉之后大家就知道

就会有相干 相长 相干 相消

因此对于某些波长来说呢

它就是一个相干相长的

就是一个高反射率的膜

那有些波长就是相消的

就不能通过

这个就是实验时用的镀膜的介质镜

它的基本原理

这个里头一般的高折射率

用的是二氧化钛或者是五氧化二钽

低折射率一般用的是二氧化硅

基质一般用的是玻璃

然后我们看一下它的啁啾

这个介质镜因为是很多了

在实验室用的很多

测一下它的啁啾长什么样呢

这个图给出来是中心波长为

八百纳米的时候的一个二十四层的

就是高低折射率二十四层的膜

它每一个层的厚度呢

是用的是四分之λ

这个时候做出来的啁啾

就是左边的标尺呢是群延色散

就是GDD

横轴是随着波长的变化

大家就可以看到

在中心波长八百纳米的时候

它的净群延色散几乎是零的

并且在这附近是比较平坦的

在这个边上

左边短波长是正的

在右边长波长是负的

就看到在介质镜中

也能够产生负的群延色散

那负的群延色散能不能用呢

想了一下说可以的

可以镀一个双膜系

就是在这个膜系中镀两个膜系

这两个膜系让它的中心波长不一样

这个图给出来的是一个中心波长

是在五百六十个纳米

一个中心波长是在八百个纳米

就是等于在这个膜的基础上

再叠加一个膜系

这个膜系如果这在这个

因为长波长这部分膜系是负的

那如果在短波长这个是正

它们俩一叠加有可能也变成负的

因此这个双膜系出来的

群延色散就变成了右边的这个图

就是它大部分都是在负的

但是它是先下来 再上去 再下来

这么一个曲线

是有振荡的

但是首要条件是

要提供负色散

这个是可以提供负色散的

是可以提供负色散的

缺点就是它会有振荡

因此啁啾镜就是在

这个基础之上做了一个改进

就给出来了啁啾镜了

这个就是啁啾镜

就是啁啾镜是什么意思呢

就是它不只是两个膜系了

它是多个膜系

多个膜系它可以连续的

改变膜层的共振波长

就是看左边这个图

就是这个时候让它长波长的光

进入这个介质镜之后

它走的距离远

它从远处返回来

而短波长的光呢

让它走的距离近

就在近处

它就变成全反射了

它就反射回来了

那因此就可以提供说

前面说的

距离产生的色散补偿

长波长不是跑得快呢

我让你走的远点

短波长跑得慢呢

我让你走的距离近点

因此它在经过啁啾镜之后

同时到达终点

这个就叫啁啾反射镜

为什么叫啁啾反射镜呢

就是因为这个反射镜

原来的那个介质镜

它的每一个膜厚是四分之一λ波长

那现在每个膜厚不一样了

有了变化

啁啾嘛就是叽叽喳喳

它会有一个变化

这个变化就叫它啁啾镜

右面这个图是

在网上查到的一个给的一个图

就是上面这个大家看一下

这个就是啁啾镜

说长什么样

其实要眼睛看的一般是看不出来

其实就是跟普通镀的

那个介质镜差不多

但是它里头的GDD

提供的二阶群速度色散就不一样了

这个是这个镜子

给出来的一个负色散曲线

是一个线性的负色散

因此可以提供一个负啁啾

并且是一个线性的负啁啾

就可以去补偿

前面说的那个正啁啾了

但是这个里头也有问题

就是这个问题是说

刚才那个图这个产品

它的曲线看着是挺光滑的

但是如果这个波长

仍然还是四分之一波长的话呢

群延色散是导致的这个曲线是不光滑的

原因就是

因为长波长的光

它进入到底层返回来

但是它在上层膜之间也会有振荡

因此色散曲线上就会形成一个振荡

那这个解决办法是什么呢

就让这个膜的厚度

让它偏离四分之一波长

这个偏离怎么来偏离怎么设计呢

这个理论上设计这个啁啾反射镜

主要有这三种方法

一个叫傅里叶变换法

一个叫阻抗匹配法

也叫双啁啾法

还有一个是窄带滤波器法

这个就不详细讲这个计算方法了

可以得到一个什么呢

就是一个是超宽带的配对啁啾镜

还有一种类型叫G T反射镜

还有一个就是多腔

和GT优化以后的反射镜

看一下

前面那个叫GT镜

优化怎么优化呢

就是G T镜的特点是

是它的反射损耗比较小

色散量大设计简单

但是带宽窄而且不平坦

啁啾镜是反射的带宽是比较宽

但是损耗是比较大的

因此给它优化一下

搞一个多腔多腔的优化以后的GT镜

这个时候呢

就可以产生一个反射率比较高

就可以大于百分之九十九点九

并且呢它的精度要求的也比较低

这个膜系就是每一层的厚度

这个控制精度要求的不是高了

这个是一个典型的

多腔优化的GT反射镜的结构

大家可以看到

就是在后面这几层的时候

它的厚度就变得是不一样了

因此就可以得到一个右边这个图

右边这个图上面的那条曲线

就是对应的右边

是它的反射率

可以做得很高的反射率

对应左边这条曲线呢

就是它的群延色散

大家可以看到在中间那段波长呢

它基本上是比较平缓的

这个就是它的GT镜的好处

这个就是介质镜

除了这个介质镜以外

还有一些其它的色散补偿元件

刚才讲的这个棱镜对 光栅对

还有啁啾镜一般

都是一个分立元器件

这个在固体激光器中用的比较多一些

光栅对在光纤激光器中

用的相对来说还是比较多的

那另外在这个光纤激光器中

还有一些跟光纤相匹配的这个色散元件

一个叫啁啾光纤光栅

啁啾光纤光栅就是光纤光栅

大家知道在一个光纤上

刻不同的条纹

它的形式就相当于是一个光栅的形式

叫光纤光栅

这个可以做反射

也可以做透射

这个是都可以用的

它主要是用把光纤的芯儿

就是芯区的那部分给它曝光

然后做成一个周期结构

啁啾光纤光栅呢

就是刚才说的它有了啁啾特性了

就是它的反射的波长

随着入射波长不一样

它的反射的位置也不一样

这个特性就不再讲了

跟刚才的那个啁啾镜的

这个原理是相似的

它有什么优点呢

就是说它的优点是低折射率差是

大概是在十的负二次方量级

因此呢可以防止色散曲线的振荡

并且光栅可以刻得比较长

因为在光纤上嘛

光纤上刻光栅

可以刻得比较长

它可以提供大的色散

并且对于光纤系统来说

它可以做成一个全光纤系统

缺点就是它的这个

高阶色散需要单独设计

就是并且不太适合于做高功率的压缩器

这是光纤光栅

还有一种光纤器件叫光子晶体光纤

这个前面也提了一句

就是说光纤它包层

因为这个大部分的能量

是在芯区中传输

而有百分之二十能量呢

是在芯区和包层的

这个附近传输的

因此我们可以设计

光纤的波导的结构

改变它的波导色散

改变波导色散

然后把波导色散和材料色散相叠加

就可以得到总的色散

这个总的色散

就可以让它的零色散点偏移

叫色散位移光纤

因此这一类光线呢

大部分用的都是光子晶体光纤

那右边的这个图

就是中间有一个高折射率

然后边儿上就变成了微结构

打孔了叫光子晶体光纤

这个也不详细的讲了

这个感兴趣的同学

大家可以去看一下光子晶体光纤的设计

还有一些其它的这个色散补偿器

比方说就是有一类

叫可编程相位补偿系统

这个包括液晶相位调制器

声光可编程色散滤波器以及可变形镜

这个感兴趣大家也可以下去自己去学习

在这儿就不再多讲了

这一部分就是关于色散补偿的内容

谢谢大家