啁啾脉冲展宽与压缩（二）在线视频

然后呢我们可以比较一下

因为这个大家知道展宽器呢

它一个是跟光栅的间距有关

跟凹面镜的曲率半径

以及它的位置不同的参数

还有光栅的光栅常数

这几个参数都有关系

它都会影响

展宽器的群延迟的

所以呢给了一个不同的

这个参数下它的群延迟的解

给了一个是跟这个位置

就是光栅到这个球面镜的

这个位置不同点

得出来不同的群延迟的曲线

还有一个呢就是

球面镜的曲率半径

也会影响它的净群延迟的

挑了两幅图给大家放在这儿

就是群延迟越平越宽

说明它的引进的啁啾越小

就这个道理

前面讲的光栅对

作为展宽器和压缩器

大家就问说前面讲

色散补偿的时候

还讲过棱镜对

为什么不用棱镜对

做展宽器和压缩器呢

棱镜对也可以做补色散补偿

但是它的问题是它的色散补偿的

能力不是特别强

对比一下光栅对和棱镜对

它的色散补偿能力

看一下下面这个表

第一排是1厘米的fused silica

是熔融石英

1厘米的熔融石英

它产生的二阶色散GDD是362飞秒方

三阶色散TOD是280飞秒的三次方

如果一个是棱镜对

这个棱镜对

大家知道它两个顶角之间的间距

如果是50厘米的话

它提供的负色散呢

GDD 是负的523飞秒方

三阶色散是负的612飞秒的三次方

那如果是一个光栅对

光栅对如果就是光线的斜线距离b

等于20厘米的话

如果光栅常数在

这光栅常数就是每毫米有多少个刻线

如果每毫米有1200个刻线的话

那它提供的二阶色散

是负的3乘10的6次方的飞秒方

因此就是大家比较一下

这数据就发现光栅对

提供的负色散量是非常大的

那换句话说呢

就是第一可以提供大的负色散

第二可以让它光栅的

这个之间的间距可以变得比较小

如果间距小

整个的系统就可以比较紧凑

但是就是刚才说过了

那为什么在激光器中不用光栅对呢？

就是光栅对

因为它的带来的损耗是比棱镜对要大的

因为棱镜对插入的时候

用的是布儒斯特角插入

那从理论上来说

布儒斯特角是损耗为零的

这个就是为什么要用光栅对

这个评价色散补偿能力的时候

前面用的是把相位

给它展成泰勒级数展开

一阶 二阶 三阶

算出β1 β2 β3来

但是放大器中

器件太多了

有展宽器

有压缩器 有放大器

然后放大器还分多通 再生放大器

里头还有好多其它的

比方说扩束器件

什么偏光棱镜啦

什么普克尔盒了

有很多材料

那因此给了一个评价方法呢

用一个总体评价方法

就是不管系统里头有多少个材料

把它分成展宽器 压缩器

和总的材料色散

然后呢给它总体来做

它的二阶色散和三阶色散

那这样子得到的这个结果

就会比较优化了

在这个优化的过程中

需要注意的一点是

在讲脉冲的形状

就是时域谱和频域谱的时候呢

除了有脉冲的振幅形状以外

还需要考虑它的相位的关系

所以在时域中

这个脉冲如果

如果比方说

入射的脉冲是f(t)

那它经过这个系统

经过放大器系统

有展宽 有放大 有压缩

这个系统就提供了一个冲击响应h(t)

那输出脉冲呢

就应该是等于f和冲击响应的卷积

卷积嘛就是积分了

那不愿意做卷积

所以把它做傅里叶变换

变到频域中去

频域中就变成了乘积了

所以就是F(ω)乘以H(ω)

H(ω)呢叫做系统的传输函数

有了系统的传输函数

其实系统传输函数

就是这个里头的总的相位了

所以咱们主要讨论的是这个问题

有什么影响呢？

有什么影响呢？

对于这个系统来说

举个例子

这个如果有一个脉冲

这个脉冲脉宽是10飞秒

或者是20个飞秒

这两个脉冲给它入射到这个系统中

如果这个系统是一个有色散的

或者是有这个叫像散也好

色散也好

其实叫色散

就是有啁啾的这个系统呢

这个脉冲就会产生一个啁啾

那有了啁啾之后

如果这个啁啾补偿不完全

那出来的脉冲就会变形

变成什么样呢

看一下这个例子

这个图中这是一个频谱图

把10飞秒无啁啾的入射10飞秒脉宽

和20飞秒脉宽的脉冲

傅立叶变换变到频域中去

这个蓝颜色的曲线是10飞秒的

频谱的形状

绿色的曲线是20飞秒的频谱的形状

如果这个系统它给的相位

是红颜色的这条曲线

大家看一下它的红颜色的曲线呢

就是中间这部分是平的

意味着中间这部分是没有啁啾的

不会给脉冲产生附加啁啾

而两边因为它相位不平

所以带来附加的啁啾

那看一下这个啁啾

对于脉冲有什么影响呢

把它在变回到时域中去

变回到时域中去呢

就会发现

左边这个图是20飞秒的入射脉冲

那经过这个系统之后

给它先展宽展到400个皮秒

再压缩

压缩之后呢可以压缩到22个飞秒

而且形状看

左边这个图形状几乎没有变化

也就是这个系统对脉冲没有什么影响

但是对于10飞秒的脉冲

右边这个图看一下

它的入射脉冲是黑颜色的曲线

输出脉冲就变成了红颜色的曲线了

就是入射脉冲是10个飞秒

出射脉冲就变成了16个飞秒

并且这边还有振荡

就是脉冲还有畸变

主要原因是什么呢

主要原因就是刚才说的这个图

因为这个系统它引入了啁啾

但是这个啁啾对于20飞秒的脉冲

它没有什么太大的影响

但是对于十分秒的脉冲影响就比较大了

所以这个是为什么

要讨论一下系统的这个相位

以及对于脉冲的影响

有了这些讨论之后呢

可以通过各种系统的参数优化

可以找到一个最优的Martinez展宽器

它的净群延迟

左边这个图是我们找到的

一个最优条件

就是对于曲率半径

刚才说的那个球面镜的曲率半径

是800个毫米

光栅的长度呢

就这个时候为了优化

这是一个理论计算结果

两个光栅的光栅常数

一个取1200

一个取1100

然后入射角以10度角入射

这个s1分别等于0.3R

和0.290R 282R

找到了它的净群延迟的曲线

大家看到红颜色的那条线是最宽最平的

基本上可以覆盖从700的纳米

到900个纳米的波段

那如果要能得到一个这么宽的波段

那支持10个飞秒的脉冲

甚至于10飞秒以下应该也是没啥问题的

那基于这些参数呢

可以设计一个实际的展宽器

右边这个就是给的一个实际的

就是这个器件怎么放

左边是一个凹面镜

这边是有一个光栅

然后后面有一个平面镜

这面有一个小的平面镜

这个为什么有两个平面镜呢

这个要解释一下

就是在光路中

这个光先进来

入射光先打到第一个光栅上

然后经过球面镜

再回来经到右边的平面镜

再回到反射镜

再回来打到光栅上

这是第二次

就是相当于第二个光栅再出来

但是大家知道这个时候出来就是光呢

它是有空间色散的

就是光谱会很宽

光谱很宽当然不太好用了

那怎么办呢？

想了一个办法

让这个光再沿原路再走一回

让它再反射回去

那出来这个光就比较细了

所以这个其实是走了两回

所以后面就左下角小反射镜

实际上相当于让它第二次再返回去

再第二次进来

因此在实际装置中

这几个镜子不在同一个平面

刚才已经说过了

这个就是展宽器和压缩器

压缩器也不讲了

整个这个系统加起来就是展宽器

放大器 压缩器合起来

总的相位提供的净群延迟

找到一个最优化值

输出的脉冲就可以得到

一个非常窄的脉冲宽度

这个就是展宽器 压缩器

展宽器 压缩器的实物图呢

这个也是

从这个上海光机所

它们这个实验装置中

拿到的一个实物图

大家看到这个里头闪闪发亮的

这个有色彩的就是那个光栅

为什么外头有一个大的容器呢

因为光栅前面说它的缺点

是它的反射率

或者叫衍射效率不是很高

如果要想得到非常高的衍射效率

就要放到一个真空系统中

这样它不会被灰尘什么各种影响

所以外头的是一个大的一个真空装置

进了这个以后

就可以得到一个脉冲压缩

这个图就是上海光机所

它们那个超强超短激光实验室的

那个5拍瓦的激光系统

把这个只是那个激光部分

激光部分的那个实验系统

这个就是这一部分的主要内容

就是介绍了一下

啁啾脉冲放大器的产生现状以及基本原理

并且介绍了一下啁啾脉冲放大器中

压缩器 展宽器以及放大器的类型

和压缩器和展宽器的计算

以及用整体的相位评价方法

评价啁啾脉冲放大器的一个方法

这就是这一章的主要内容

谢谢大家