光栅面不平行对压缩脉冲时空特性的影响

 推导了光栅对压缩器两光栅在垂直于刻线的平面(衍射面)内有一夹角时1至4阶色散变化量的表达式,以及脉冲超高斯光束经光栅对压缩后的场分布。并据此模拟分析了光栅表面平行性失调对输出脉冲时空特性的影响。结果表明：脉冲光束单次通过光栅对时其波形会产生扭曲,光栅对的失调会使脉冲扭曲更加严重;而两次通过光栅对时横向谱移动的影响会消除,但脉冲将出现旁瓣,光栅对的失调使得脉冲在时间上提前,且色散阶数越高色散变化量对压缩脉冲时空特性的影响越大。     

拼接光栅缝隙对激光脉冲光强分布的影响

以拼接光栅作为色散元件的激光脉冲压缩器中,要求脉冲压缩光栅表面光强分布均匀、能量输出效率高。利用菲涅耳-基尔霍夫衍射原理对脉冲压缩光栅表面光强和远场光强分布进行了研究。计算了拼接光栅缝隙宽度对光栅表面光强变化量和远场光强极大值的影响。在利特罗角附近入射时发现激光脉冲光强分布与拼接光栅缝隙宽度相关,得出了光栅拼接缝隙宽度应控制在0.5 mm以内。适当提高缝隙衍射效率能够改善光强分布均匀性和提高光能量输出,提出了对拼接缝隙采用两次重复曝光以提高其衍射效率的方法。     

大口径啁啾脉冲放大激光系统光的谱剪切分析

啁啾脉冲放大（CPA）技术为获得拍瓦级峰值功率和102^20W／cm^2高峰值聚焦功率密度提供了技术手段，从而使“快点火”成为可能。啁啾脉冲放大的原理是：超短脉冲激光先经过展宽器展宽，再进入放大器放大，最后放大脉冲经过压缩器压缩输出超短脉冲。展宽器和压缩器均由光栅对构成，展宽器通过引入正色散获得正啁啾脉冲，压缩器与展宽器共轭引入负色散补偿正啁啾获得超短脉冲输出。啁啾脉冲在展宽、放大和压缩中存在光谱剪切（或称光谱变化）和高阶分布，从而对输出脉冲时空特性产生影响。     

基于Herriott型多通结构的块材料展宽与棱栅对色散补偿的啁啾脉冲放大

本文报道了基于块材料展宽与棱栅对压缩的飞秒啁啾脉冲放大(chirped-pulse amplification,CPA)系统.展宽器采用基于Herriott型多通结构的块材料作为色散元件,压缩器采用透射光栅与色散棱镜组合的棱栅对,由于它可以同时提供负的二阶和三阶色散,通过优化光栅刻线与棱镜顶角,可以实现对放大器中材料的三阶色散完全补偿,获得更窄的压缩脉冲.实验中,将展宽后的脉冲注入到环形再生腔中进行放大,放大后的脉冲由棱栅对压缩到39.6 fs,非常接近傅里叶变换极限的35.2 fs.由于采用块材料展宽器和棱栅对压缩器,整个放大系统非常紧凑,可作为后续放大以及超快现象研究的可靠光源.     

拼接型光栅对压缩器中刻线密度差对输出脉冲的影响及补偿方案

拼接型光栅对压缩器中子光栅的刻线密度不一致会降低压缩器的品质,补偿刻线密度差的影响对于提高输出脉冲的性能具有十分重要的意义.基于光线追迹的方法建立了理论模型,数值分析了刻线密度差所导致的出射光角度偏移及输出脉冲展宽程度.提出同时用水平角偏误差和纵向错位误差来补偿光栅刻线密度差影响的方案,给出不同刻线密度差时的理论光栅偏转角度和对应的平移距离以及该方案的补偿范围.利用空谱干涉测量方法,验证了该方案在一定范围内可校正出射光的角度偏转,较好地补偿二、三阶色散误差,且实验与理论结果较为符合.本研究可为拼接光栅压缩器的设计与调整提供指导.     

啁啾光纤光栅的温度调谐特性研究EI北大核心CSCD

根据啁啾光纤光栅的温度可调谐性这一原理,提出通过控制啁啾光纤光栅的温度,改变其色散量,从而获得最小输出脉宽的方案,并通过实验验证了这一想法的可行性。利用啁啾光纤光栅作为啁啾脉冲放大(CPA)系统中的脉冲展宽器,用空间光栅对作为脉冲压缩器,通过压缩器为脉冲提供的负色散来补偿展宽器为脉冲引入的正色散。利用自相关仪测量压缩输出脉冲宽度随温度的变化情况,间接反映啁啾光纤光栅色散量随温度的变化情况。从实验所得数据可以得知,当温度从-7℃上升到50℃时,脉宽从1057fs先下降到764fs后又上升到910fs,共变化了439fs。在此过程中,随温度的上升,啁啾光纤光栅的色散由补偿不足变为过补偿。     

平行光栅对在刻线不平行时的色散研究

 利用三维空间光线追迹法，分析了啁啾脉冲放大系统中的压缩光栅对，在刻线不平行而光栅面平行时光的衍射特性。导出了此时光通过光栅对的群延时，数值计算了系统2阶和3阶色散量，以及这些色散量在光栅对严格平行时的相对误差。得出了中心波长光的接收位置相对于光栅对严格平行时的偏移量，并且分析了它与入射角的变化关系。     

压缩系数可控的光脉冲压缩器

提出了一种压缩系数可控的光脉冲压缩器.该脉冲压缩器主体包括梳状色散分布光纤（CDPF）和喇曼放大器两部分.梳状色散分布光纤由多段色散位移光纤和单模光纤拼接而成,具有喇曼增益介质的功能.对一给定的光脉冲序列,可以通过控制泵浦功率实现脉冲压缩器的压缩率可调.通过对非线性薛定锷方程的数值模拟,这一光脉冲压缩器的性能得到了验证.当光脉冲在CDPF中传输时,脉冲得到压缩并且被放大.对喇曼泵浦功率来改变可以得到不同的输出脉宽.通过优化CDPF的结构,得到了喇曼泵浦功率和压缩系数之间很好的线性关系.     

利用梳状色散光纤实现光脉冲压缩的特性研究

提出了一种采用梳状色散光纤（CDPF）实现光脉冲压缩的设计方法,并给出了相应的适于模拟核状色散光纤压缩器的数值模型,主要研究了不同入射峰值功率下,梳状色散光纤输出脉冲宽度及时域波形与脉冲峰值处非线性相移△φNL之间的变化关系。结果表明,在设计适用于超高速光时分复用系统的梳状色散光纤压缩器时,应当综合考虑脉冲峰值功率和非线性相移对压缩后脉冲的影响。     

啁啾光纤光栅的温度调谐特性研究

根据啁啾光纤光栅的温度可调谐性这一原理,提出通过控制啁啾光纤光栅的温度,改变其色散量,从而获得最小输出脉宽的方案,并通过实验验证了这一想法的可行性。利用啁啾光纤光栅作为啁啾脉冲放大(CPA)系统中的脉冲展宽器,用空间光栅对作为脉冲压缩器,通过压缩器为脉冲提供的负色散来补偿展宽器为脉冲引入的正色散。利用自相关仪测量压缩输出脉冲宽度随温度的变化情况,间接反映啁啾光纤光栅色散量随温度的变化情况。从实验所得数据可以得知,当温度从-7℃上升到50℃时,脉宽从1057fs先下降到764fs后又上升到910fs,共变化了439fs。在此过程中,随温度的上升,啁啾光纤光栅的色散由补偿不足变为过补偿。     

Study of dispersions on grating-pair compressor in the case of unparallel grooves

In this paper, we analyze the diffraction characteristics of grating-pair compressor in a chirped-pulse amplification (CPA) laser system, under the conditions that the grating surfaces are parallel while the grating grooves are unparallel. The optical path length of pulse passing through this system is derived. Then the second-, third- and fourth-order dispersions are calculated. The resulting dispersion relative errors compared with that the grating grooves, which are strictly parallel are shown. The vertical spectrum displacement in the output pulse has been calculated and shown quantitatively as function of the angle between the grooves. The results also show that gratings with low groove density are superior to that of high density ones, if the groove misalignment is unavoidable.     

掺Yb光纤激光器阵列谱合成系统的光束传输模型及光束特性分析

建立了由掺Yb光纤激光器阵列、变换透镜、闪耀光栅和输出耦合镜组成的光束谱合成系统的光束传输模型.在考虑光栅角色散、光栅刻槽倾角误差和光栅衍射效率情况下,利用光线追迹法、衍射积分方法、光束非相干叠加原理和强度二阶矩方法,推导出高斯光束非平行倾斜入射到闪耀光栅的相位变化公式以及谱合成光束的光强分布解析表达式.分析了高斯光束非平行倾斜入射到光栅后,光栅角色散、光栅衍射效率和光栅刻槽倾角误差对掺Yb光纤激光器谱合成系统输出光束特性的影响.研究结果表明,谱合成光束具有与单根光纤激光器几乎相同的光束质量;光栅角色散对合成光束特性的影响可忽略;随着光栅刻槽倾角误差的增大,谱合成光束的光束质量明显变差;当光栅刻槽倾角误差较大时,必须考虑光栅衍射效率对合成光束特性的影响. 关键词： 掺Yb光纤激光器 非平行倾斜入射 光束谱合成 光束质量     

光栅角色散和制作误差对谱合成光束特性的影响

 考虑光束的发散、光栅角色散以及光栅制作过程中存在的刻槽倾角误差,应用光线追迹方法,建立了激光束入射到光栅时相位变化的计算模型。利用衍射积分方法和光束非相干叠加原理,推导出阵列光源各子光束经谱合成系统后合成光束的光强分布解析表达式。在此基础上,利用强度二阶矩方法,计算了合成光束的M²因子,并定量分析了光栅角色散和光栅刻槽倾角误差对谱合成光束特性的影响。研究结果表明:光栅角色散和光栅刻槽倾角误差的存在均会导致谱合成光束的光束质量变差,光栅刻槽倾角误差的影响比光栅角色散的影响更为明显。     

介质加载复合光栅结构的色散特性研究

提出了一种用于Smith-Purcell器件的介质加载金属光栅周期慢波结构.通过采用本征函数法和单模近似法求解了介质加载金属光栅的"热"色散方程,在同步点得到了注-波互作用的一阶和二阶增长率,分析了光栅槽宽和槽深对色散特性的影响,并研究了电子注参数及其与光栅表面距离等主要参数对增长率特性的影响.结果表明:通过介质加载金属光栅有利于减弱色散,随着介质相对介电常数、槽宽度以及深度的增大,色散曲线变平缓且向低频区移动;当电子注参数变化时,一阶增长率曲线从整体上粗略地描述增长率变化趋势,二阶曲线则更精细地描述增长率相应值的变化.利用软件MAGIC对该结构的色散特性进行了二维模拟,模拟结果与理论计算值符合良好.     

光学频率梳空间光谱分辨精度研究

光学频率梳的高精度光谱整形在微波光子学、光谱学及通信光学等学科领域具有广泛应用. 为了描述和评价光学频率梳光谱整形系统的光谱分辨精度, 使用光线追迹的方法对单光栅、平行光栅对、单光栅透镜变换和反平行光栅 对透镜变换四种结构的空间色散能力进行了理论建模和分析, 得到了输出面上不同波长的光斑间距和光斑大小, 设立判据得到系统的光谱空间分离能力. 计算结果表明, 使用后面两种色散结构更容易实现高精度光谱分离和整形; 波长较长、纵模间距较大、光斑尺寸较大的光学频率梳更适合作为光谱整形系统的光源; 光栅刻线密度高、入射角小、多次通过色散系统有利于得到更高的光谱分辨精度. 本文的分析和计算过程具有普遍适用性, 对基于光学频率梳的高精度光谱整形系统的实验和评价具有指导意义.     

Numerical study of the effect of reflection grism pair in the case of non-parallel surfaces

In this paper, we analyze the dispersion characteristics of a reflection grism pair in the case of surfaces non-parallelism. The influences of grism structure parameters on dispersion relative errors are evaluated. Furthermore, we theoretical analyze the effect of the non-parallel grisms surfaces on the output pulse. Results show that when the grism pair is not parallel, the dispersion relative errors are strongly impacted by several factors, such as the grism rotation direction, the rotation angle, grating constant, and the incidence angle of the pulse. If the non-parallelism of grisms is unavoidable, the grisms with high grating constant are superior to that of low grating constant ones.     

超短脉冲激光光束被局域体全息光栅衍射的性质分析

利用二维耦合波理论,分析了超短脉冲激光光束被完全重叠型的局域体全息光栅衍射的时空变化性质,给出了衍射和透射脉冲激光光束沿光栅出射边界的强度时空分布。以LiNbO3晶体为例,数值研究了衍射光脉冲强度沿光栅出射边界的分布和脉冲波形的变化及光栅的总衍射效率受光栅二维尺寸、入射角度、光栅折射率调制度及入射脉冲的脉冲时域半峰全宽等条件的影响而变化的情况。与一维体全息光栅对超短脉冲激光光束衍射的性质,及此光栅对连续光衍射的性质作比较,给出了合理选择光栅参量及入射条件以在光栅出射边界上得到总衍射效率较大且分布较均匀的衍射光脉冲的方法。     

涡旋光束与相位全息光栅不对准时的衍射特性研究

研究了涡旋光束与相位全息光栅不对准时衍射光束的解析特性.利用理论推导的方法得出涡旋光束经相位全息光栅接收后一阶衍射光束的解析表达式.然后通过仿真分析分别得出在发生正常对准、横向偏移、角向倾斜及横向偏移和角向倾斜两者同时出现时衍射光束的质心偏移特性和中心强度变化特性.研究表明: 拉盖尔-高斯光束经相位全息光栅衍射后得到的光场表达式为合流超几何函数形式.光束与相位全息光栅间的不对准会引起衍射光束质心的偏移,而且光束质心的偏移量随入射光束偏移距离和偏离角的增加而增加,与入射光束的偏移方向和方位角无关.角向倾斜时 关键词： 拉盖尔-高斯光束 相位全息光栅 横向偏移 角向倾斜