啁啾脉冲展宽与压缩（一）在线视频

在这个系统中放大部分

我们讲过了之后呢

看一下它这个展宽和压缩

是怎么工作的

先看一下这个压缩器

压缩器大家已经很熟了

在前面讲色散补偿的时候

讲过色散补偿提供负色散

提供负色散就是分立元器件

一个是棱镜对

棱镜对一般在固体激光器中

振荡级中用的比较多

还有一个是光栅对

光栅对在激光器中用的不多的原因

是说过了

说光栅对因为它的

衍射损耗比较大

所以在小功率激光器中慎用

但是在光纤激光器

和放大器中

光栅对用的就比较多了

所以这个呢

是光栅对压缩器的这个结构

这个是已经讲过了

两个光栅对它之间的垂直距离

用G来表示

光线的斜线距离用b来表示

光程呢是算的是ABS

这个是它的光程

如果入射光是以这个γ入射的话

它的衍射光就是

长波长和短波长的光

它的衍射角不一样

因此它出射的位置也不一样

在这个图中呢

就是长波长的光比短波长的光

走的路程要长

因此就可以补偿

前面说的正色散

所以这是压缩器的基本原理

就是前面说的光栅对

提供负色散

在这儿就拿它做压缩器了

那因此呢压缩器的光程

就是ABS光程是用P来表示

并且里头有一个修正因子

它们两个加起来代表的相移

这个展宽器又是什么样子的呢

展宽器希望

如果压缩器用光栅对

希望展宽器也用光栅对

因为它们俩的性质是差不多的嘛

光栅对做压缩器

那展宽器呢就是提供正色散

怎么提供正色散呢

按照刚才的思路就是红颜色的光

长波长跑得快

而且让它走的距离短一点

蓝颜色的光呢它跑得慢

还让它走的距离长一点

是不是脉宽就越来越宽了

依据这个原理

把这个光栅对

看这个图 右边这个图

这两光栅对儿的这个左边儿

给它放一个球面镜

这个时候怎么做的呢

仍然入射光还是从γ入射

但是它打到第一个光栅

O点之后

它不打到第二关

它光路过来之后

直接打到凹面镜C点

然后从C点反射回来

再打到第二个光栅上

然后从第二个光栅上衍射输出

这个时候大家

再看一下光路

不管是红颜色的

光还是蓝色的光

入射点到O点

它打到球面镜C上的时候呢

因为O点是在

球面镜的圆球心上

因此长波长和短波长

它走的路程都是半径

所以这两个路程是一样长的

那差别在哪儿呢

是从C点反射回来打到过第二个

光栅上再出来的这一段光

这是它的光程差

那从这个图中很明显地看出来

这个时候长波长的光

走的比短波长的光路程要短

那因此就可以做展宽

具有提供的是正色散

所以就可以做展宽器来用了

那这个结构呢

最早是由马丁内兹先生提出来的

所以也叫它马丁内斯展宽器

或者叫基本展宽器

基本展宽器呢

这个展宽器有几个特点呢

就是马丁内斯展宽器

它的展宽器和压缩器

因为用的都是光栅对

所以它们两个从性质上来说

是共轭的

这个时候如果系统

系统的材料

材料色散比较小的话

那就输出的脉宽

就不太受啁啾脉冲的影响

所以呢

马丁内斯展宽器

适用于多通放大器

但是知道放大器中

它是里头有很多个材料的

材料也会有色散

这个时候就想说马丁内兹展宽器

它引入的像散

像散其实也变成了色散了

像散是说的

那个位置不一样了

位置不一样导致

这个光路走的时间不一样

也是色散

马丁内兹展宽器呢

它的像散是比较小的

那为了补偿材料色散

还需要人为的

再引进一个色散补偿机制

那为了补偿色散呢

就有人就改进了一下展宽器

就是

Barty展宽器提出来

Barty展宽器就是

人为引进一个大的像散

这是一种思路

还有一种思路呢

是说马丁内兹展宽器

它本身也带来了色散

那色散如果要

不想由它色散就是

由展宽器带来的色散

怎么办呢

就尽量使展宽器它本身没有色散

那这个呢

就是叫做Offner的展宽器

那所以呢

就目前的这个主要的展宽器具有这三大类

一个叫马丁内兹展宽器

一个叫Barty展宽器

一个叫Offner展宽器

这个实际上那个O上面是两点

就是德文叫就怎么发音

就叫到Offner展宽器

那这个结构有什么不一样呢

都是这样的

这个上面的展宽器马丁内兹

就是实际上是光束基本上是

有点像近轴光线那个意思

它离轴不太远

而Barty展宽器呢

就是人为的让入射到

光栅和球面镜

让它入射角人为的偏大

大家前面也讲过

说球面镜

如果入射角离轴角非常大的话

会引入像散

像散导致色散

所以Barty展宽器是这个思路

那Offner的展宽器呢

是说让它尽量不产生像散

尽量不产生像散是什么的

就下面的这个结构

仍然是两个光栅

然后在这个光栅的

后面这个仍然是一个凹面镜

但是在第二个光栅处呢

它放了一个叫凸面镜

然后让入射光

进入到这里

就是凹面镜和凸面镜

它们的球心在同一个点上

那因此入射的光线打到O点

然后进入到反射镜再反射回来

再到这个球面镜的时候呢

就都在这个半径线上走

所以它就没有引入像散了

这个就是给的三种类型

这三种类型呢刚才说过了

都需要的是一个光栅对

是两个光栅

那这两个光栅呢

需要让它都是平行放置

但是平行放置

大家知道在这是理论上是平行放置

在实验上要让两个东西绝对平行

这个理论上是可以的

实验上总会有一点误差

另外一个呢

这个光栅如果

这个脉宽很窄的时候

这个光栅就会尺寸变得很大

很大的时候第一成本上去了

第二光栅如果很大

它就会有各种应力产生

打到光栅上的光斑

它的波前就会受到影响

那因此尽量减少光栅的使用

那怎么办呢

我就希望这两个光栅

因为它长得一样吗

把两个光栅用一个光栅来代替

用一个光栅来代替呢

这个就是叫镜像光栅

所以在这个看

这个是基本的马丁内兹展宽器

这里头有两个光栅

这是的原理图

怎么办呢

改进一下

把第二个光栅

用一个平面镜给它取代了

用一个平面镜取代了之后呢

这个平面镜起什么作用呢

跟凹面镜两个人的共同作用

就相当于把前面的那个光栅

给它成像 成到后面来了

所以后面光栅

其实相当于是一个虚光栅

但是光路其实相当于是

有两个光栅的这个光路

它是怎么工作的呢

看一下它的光线是怎么走的

这个怎么走呢

入射光从P点进来

打到B点 打到第一个光栅

然后让它衍射 衍射到球面镜

打到D点

D打出来之后

再反射光就越过第一个光栅

打到平面镜上

从平面镜再反射

再反射回到球面镜H点

从H点再反射回来

再打到光栅上

那这一个点就相当于

是打到了第二个光栅上

然后从这一点再输出

所以就用一个光栅

得到了两个光栅的效果

这个就是用一个光栅所谓的

这个叫折叠望远镜式的展宽器

所以实际上用的

基本上都是展宽器

那因此刚才看到那个实际装置说

为什么光路不在同一个平面上

就是光路要

打到第一个光栅上

打到球面镜上

如果是平行光路的话

那它返回来的光

是要打到光栅上了

但是现在不

让这个光栅低一点儿

让这个光越过光栅

打到后面这个反射镜上

然后反射镜回来又越过光栅

再经过球面反射镜

再打到第一个光栅上来

然后再输出

所以它的光路不是平的

原理是这个

那同样的呢

其实压缩器也是这样的

压缩器其实也是用的是

原理上用的是两个光栅

是一个光栅对

那其实也是用的是一个光栅

起到了两个光栅的作用

这个呢是Offner展宽器

Offner展宽器也是一样的

左边这个是它的原理图

右边这个呢

就是把两个光栅

前面加了一个球面镜

加了一个那叫凸面镜

就省掉了右边这个光栅了

至于这个光路里头怎么走的呢

这个用的是光线追迹法

那大家可以自己去描一下

就可以知道它的光栅怎么走的啦

光程的也就可以算出来了

这个就是经过光线追迹法

就可以得到马丁内兹展宽器

它的总的相位

φ(ω)就等于下面这个式子

这个推导过程

也不详细的讲了

有兴趣大家可以看

张志刚老师的书

或者是相关的论文

同样的呢Offner展宽器呢

也可以求出它的总的相移来

然后比较一下说

Offner展宽器和马丁内兹展宽器

刚才说过了

一个是引入的相移大

一个引入的相移小

到底差多少比较一下

所以做一个计算

这个计算呢横轴是波长

纵轴是净群延迟

净延迟就是把它

那个不要的那部分给它

就是等于常数的那部分给它剪掉

可以看到这两条曲线

就是实线的这个呢

是Offner的展宽器

它提供的净群延迟

这个虚线就是

马丁内展宽器提供的群延迟

可以看到确实

马丁内兹展宽器

比Offner展宽器

它引入的像散要大