飞秒脉冲通过多层体光栅后的衍射光强分布

基于单层体光栅的耦合波理论和矩阵光学知识,推导出飞秒脉冲通过多层体光栅衍射后的耦合波方程,并由此得到衍射光强谱和瞬时衍射效率表达式.研究结果发现衍射光强谱和瞬时衍射光强分布是与多层体光栅的结构参量,如中间填充层厚度、光栅层厚度、光栅常量及体光栅材料的折射率调制度有关系的.通过调节这些参量,获得了不同形状和不同宽度的衍射脉冲.该结果可用于设计基于多层体光栅的光通信和光脉冲整形器件.     

基于液晶空间光调制器的太赫兹波频谱调制

频谱可调制的太赫兹波具有广泛的应用价值。利用一台纯相位式的液晶空间光调制器对飞秒激光脉冲进行空间整形,通过改变飞秒激光脉冲的横向空间分布,实现太赫兹波频谱的调制。在实验中,利用光泵浦整流方式产生太赫兹波,并利用太赫兹时域光谱系统对太赫兹信号进行探测。通过GS算法在液晶空间光调制器上加载不同的相位图,获得了不同的飞秒激光脉冲横向空间分布。通过改变探测距离和飞秒脉冲的空间分布参数,实现了太赫兹波频谱的调制。还利用菲涅尔衍射算法对这一过程进行了理论模拟,理论模拟结果与实验结果吻合的较好,这充分说明了基于飞秒脉冲空间整形的太赫兹光谱调制技术的可行性。     

体光栅能量振荡与脉冲分裂的研究

基于修正的Kogelnik耦合波方程,研究了飞秒脉冲通过正弦型体光栅衍射后的动态衍射特性—能量振荡和脉冲分裂现象随光栅参数和读出脉冲参数的变化。结果发现,体光栅的折射率调制度和读出脉冲的中心波长对能量振荡的周期有影响,而体光栅的周期对能量振荡周期没有影响,但会影响脉冲波包中心连线与时间轴的夹角。通过双光束干涉、群速度和群时延对出现的现象进行了解释。在衍射后期,衍射脉冲分裂为双脉冲,双脉冲间隔与体光栅的厚度和折射率调制度有关,但与体光栅周期无关,通过光场传播的局域化特性对其进行了解释。     

超短脉冲光通过光折变体光栅衍射及透射光强的瞬时变化特性研究

采用Kogelnik的耦合波理论,研究了超短脉冲光通过光折变体光栅的衍射及透射光强在时域的瞬时变化特性.发现衍射和透射脉冲波形与读出脉冲宽度、光栅周期、光栅厚度及光折变材料的折射率调制大小有密切关系.通过调整这些参量的数值,可以获得需要的脉冲形状.同时还发现衍射和透射脉冲在时间轴上有一定的偏移,偏移量的大小与参量选择有关.     

飞秒脉冲照射下体光栅衍射脉冲受折射率调制度的影响

基于体光栅的耦合波理论,推导了飞秒脉冲通过无吸收、透射型体光栅时衍射光强的频谱表达式和瞬时表达式。在此基础上,讨论了二者随折射率调制度的变化。发现在一定的折射率调制度范围内,衍射脉冲的瞬时变化为:开始是单脉冲,然后中心向下凹陷分裂为二个脉冲,而后是三个脉冲。如果此时折射率调制度进一步增加,则脉冲数目又回复到一个脉冲。在一定的折射率调制度范围内,上述过程是重复发生的。同时发现,在折射率调制度处于1.0×10-3～1.0×10-2区间时,双脉冲间隔随折射率调制度增大而增大。对衍射光强谱随折射率调制度的变化进行了数值模拟,并对衍射脉冲的瞬时变化进行了解释。     

利用棱镜减小自衍射信号光角色散的研究

自衍射效应在飞秒激光领域有非常重要的应用,如提高飞秒脉冲的时域对比度、作为自参考光谱干涉脉冲测量法的参考光、作为频率分辨光学开关法的信号光等.然而,具有较宽光谱带宽的飞秒激光在自衍射效应过程中产生的信号光存在明显的角色散,这给自衍射效应的应用带来不利影响.本文研究发现通过在自衍射效应的一个光路中加入等腰直角棱镜,当到棱镜的入射角为23fi时可以明显地减小飞秒激光脉冲自衍射信号的角色散.这就为以后将自衍射效应更好的应用到飞秒激光脉冲的研究提供了有用的参考.     

在空间-时间域测量飞秒脉冲

依据飞秒脉冲测量中的空间-时间耦合理论,通过采用空间分辨和光谱分辨在时间和空间域对飞秒脉冲强度和相位进行测量.测量装置主要由两个光学元件组成,实现了空间和光谱干涉.待测脉冲和参考脉冲通过一个绕中心轴转过某一角度的二维衍射光栅,产生倾斜的二维阵列全息图;一个带通滤波片对全息图进行分离,从而每个全息图含有一个唯一的频率.用照相机记录下所有的全息图,可以在时间和空间域再现出待测脉冲,并给出了测量结果. 关键词： 飞秒脉冲 时间-空间耦合 二维衍射光栅 带通滤光片     

单脉冲飞秒激光时域参数测量技术研究

钛宝石飞秒激光放大系统具有重复频率低、脉冲波形复杂等特点,为准确测量其峰值功率,提出对单次脉冲波形和脉冲宽度测量的需求。介绍了单脉冲飞秒激光时域波形和脉冲宽度的测量原理和测量方法,设计了基于频率分辨光学开关法的单脉冲飞秒激光时域参数测量装置。讨论了单脉冲飞秒激光时域参数测量校准面临的问题及解决方法。     

透射型体光栅对超短脉冲高斯光束衍射特性研究

采用傅里叶频谱分析法, 将超短脉冲高斯光束展开为单色单角谱成分的线性叠加;利用Kogelnik一维耦合波理论, 分析透射型体光栅对各单色单角谱成分的衍射特性;再通过逆傅里叶变换得出衍射光波的时空分布与光栅各参量的对应关系.结果表明:衍射光束在时域以及在光栅波矢与光栅前表面法向所构成平面内的空域光强分布随光栅周期的减小而呈展宽趋势, 且在空域的展宽趋势较为迅速, 与入射光束在空域进行比较, 衍射光束空域分布发生非常明显的畸变;衍射光束在时域以及在光栅波矢与光栅前表面法向所构成平面内的空域光强分布随光栅厚度的增大亦呈展宽趋势, 且展宽速度相当, 与入射光束在时域和空域比较, 均发生了较明显的畸变.     

飞秒脉冲在熔石英玻璃中超连续谱产生的研究

从非线性薛定谔方程出发,利用分步傅里叶方法,研究了时空耦合飞秒脉冲在熔石英玻璃中传输时,传输距离、入射激光脉冲峰值功率、衍射、色散和非线性等因素对超连续谱产生的影响。结果表明,飞秒脉冲在熔石英玻璃中传输时,超连续谱的产生主要分为两阶段：由材料的自聚焦等三阶非线性效应引起的脉冲压缩阶段及由自相位调制和材料群速度色散引起脉冲分裂阶段。当高峰值功率的飞秒脉冲在熔石英玻璃中传输时,材料的三阶非线性效应抑制衍射效应,引起脉冲压缩,从而产生子脉冲,由此引入新的频率成分。同时,还研究了同一脉冲不同横向空间位置处的超连续谱的变化规律,在中心频率两侧均有新频率产生。最后,通过实验证实了超连续谱的产生。     

光栅在超短脉冲激光照射下的塔尔博特效应

首先导出了光栅在短脉冲激光照射下的菲涅耳衍射光场的方程 ,利用该方程分析了一个开口比为 1∶4的光栅的衍射光场。数值计算结果表明当激光脉冲的半极大值全宽 (FWHM)Δτ在皮秒数量级时 ,可以得到塔尔博特自成像。当激光脉冲的 Δτ从皮秒逐渐减小时 ,塔尔博特自成像现象逐渐消失。而当激光脉冲的Δτ小于几十个飞秒时在第一个塔尔博特距离处光栅的衍射光强的最大值随Δτ的减小而减小     

大芯径光纤整形飞秒激光脉冲空间分布的研究

通过将1 kHz重复频率的飞秒放大激光脉冲耦合到大芯径(100μm)阶跃光纤,在27 mm长的光纤中产生了环形空间光强分布,并在3 160 mm的长光纤中观察到平台型的空间光强分布,通过自聚焦效应对该现象进行了解释.结果表明,通过选择合适的光纤,可以实现对放大飞秒激光脉冲的有效空间整形,从而达到改善光束质量的效果.     

1kHz飞秒激光脉冲在空气中传输成丝的演化过程

利用高重复频率(１kHz)、低能量的飞秒激光脉冲研究激光脉冲在空气中传输成丝的演化过程.采用成像的方法观测飞秒激光脉冲在大气传输过程中光束截面上光强分布变化，以及大气等离子体通道对光强分布的反作用.实验结果表明，激光脉冲在传输过程中先形成双丝结构，再逐渐合并成单丝结构.实验结果与利用非线性薛定谔方程耦合多光子电离的数值模拟结果基本一致. 关键词： 飞秒激光脉冲 等离子体通道 成像     

飞秒脉冲的二次谐波理论和实验研究

本文分析了小信号情况下飞秒脉冲的倍频特性,在非耗尽近似下,得出了飞秒脉冲二次谐波波形及效率的解析解,在时间域内,对一般条件的耦合波方程进行了数值解,分析了相位失配对飞秒脉冲倍频波形及效率的影响。 用0.5mm厚的一类匹配LBO晶体对碰撞锁模激光器产生的80fs超短脉冲进行了腔外倍频实验,实验结果与理论计算符合得很好。     

基于布拉格声光衍射场的光强非均匀空间分布研究

为了保证合成孔径激光雷达测试中信号光的光束质量,从波动方程出发,推导出传统的衍射光源布拉格声光作用的耦合波方程。根据测试对光束质量的不同要求,借助有限差分方法分析衍射场光强的空间三维分布,发现声场振幅的不均匀分布会影响声光衍射场的光强分布,光强分布不均造成实验中信息光源的探测难度。通过光强空间分布研究增大有效通光孔径到3 mm,解决了声光调制器光束衍射质量问题,改进后的光束质量达到实验要求。该研究方法适用于改进声光器件工作参数。     

时域多模飞秒压缩光场测量中的本地光脉冲整形研究

基于飞秒脉冲的同步泵浦参量过程产生的多模时域飞秒压缩光场,由于其独特的优势,特别是可以享有单模光纤网络兼容,是实现可扩展量子计算及大容量量子通讯的良好光源。由于无法实现多模时域飞秒压缩光场的空间分离,目前对于多模时域飞秒压缩光场的测量,采用最为有效的平衡零拍探测。因此如何构造与时域飞秒压缩光场时域函数分布相同的本地光,是其中的关键内容,并直接影响测量效果。本文主要理论研究了本地脉冲光的时域整形方案,分析了系统参数对整形后的多模本地光的保真度以及系统调制效率的影响,并结合实验参数提出可能的解决办法。     

超短脉冲激光经透射型体Bragg光栅的时域特性

利用Kogelnik耦合波理论对超短脉冲激光经透射型体Bragg光栅的时域衍射特性进行了研究,讨论了透射型体Bragg光栅的群延迟色散和光栅结构参数之间的关系,分析了群延迟色散和频谱剪切对衍射脉冲时域强度分布的影响.结果表明:当入射超短脉冲脉宽为100fs时,经透射型体Bragg光栅衍射后的脉冲展宽主要源自光栅对入射脉冲的频谱剪切,当入射超短脉冲脉宽为10fs时,衍射脉冲的展宽量不仅受频谱剪切的影响,而且与光栅的群延迟色散密切相关.     

大芯径光纤整形飞秒激光脉冲空间分布的研究

通过将1 kHz重复频率的飞秒放大激光脉冲耦合到大芯径（100 μm）阶跃光纤,在27 mm长的光纤中产生了环形空间光强分布,并在3 160 mm的长光纤中观察到平台型的空间光强分布,通过自聚焦效应对该现象进行了解释.结果表明,通过选择合适的光纤,可以实现对放大飞秒激光脉冲的有效空间整形,从而达到改善光束质量的效果.     

时域飞秒散斑的特性与测量

阐述了飞秒激光脉冲在随机介质传播过程中产生时域散斑的原理,并对时域飞秒散斑进行了测量. 时域飞秒散斑的产生是飞秒脉冲在随机介质中经历多重散射形成的随机干涉现象在时域的体现. 初步讨论了时域散斑的统计特性并给出了相应的实验结果. 关键词： 时域散斑 飞秒脉冲 随机介质     

飞秒激光诱导水光学击穿阈值

为了研究飞秒激光诱导水光学击穿阈值随激光脉冲参数的变化关系,采用四阶RungeKutta方法对飞秒激光诱导水光学击穿的椭球体模型进行了不同脉宽(40～540fs)、波长(400～1200nm)和光斑尺寸(0～200μm)下的数值模拟。通过控制变量法得出阈值光强与这些激光脉冲参数的关系曲线图,据此定性分析了阈值光强与激光脉冲参数的变化特征趋势。应用光强与功率、能量、辐照曝光量和电场强度之间的关系,得到了它们随激光脉冲参数脉宽、波长和光斑尺寸的动态关系,这为进一步研究飞秒激光与水和含水介质的相互作用提供了理论依据。