超短洛仑兹脉冲的均方根脉冲宽度
超短脉冲的发展及应用
脉冲宽度在皮秒，飞秒到阿秒的脉冲
秒; 毫秒；微秒；纳秒；皮秒；飞秒；阿秒 皮秒； 皮秒 飞秒； s ： ms； ms； ns； ps； fs； as ； ； 现在人们已经能够比较容易地产生脉宽仅为几个飞秒的高强度少周期或亚周期 超短脉冲，脉冲聚焦峰值功率密度可以达到1020～1022 W/ cm2，这种周期量级 超短激光脉冲已经失去了波动所特有的周期性特征，且如此高的激光功率密度 能够产生前所未有的极端物理条件，即超强电场、超强磁场和超高电压等，从 而产生一系列全新的物理现象与规律，开创了极端非线性相互作用的最前沿。
美国哈佛大学的格老伯教授（R.J.Glauber）因对“光相干性的量子理论”的贡 献而分享该奖的一半，另一半由美国国家标准技术研究院（NIST）的霍尔教授 （J.L.Hall）和德国马普量子光学所的亨施教授（T.W.Hansch）共同获得，以 奖励他俩对“超精细激光光谱学，包括光学频率梳技术”的贡献。这些研究 对开发极度精确的钟表和发展更先进的全球定位技术非常有用。
飞秒超短脉冲具有极高的时间分辨率和空间分辨率，在飞秒时间分辨光谱学，飞秒 化学，飞秒生物学、光通讯等领域都有非常广泛的应用。 研究物理，化学和生物过程中的动力学问题，成为观测和记录爆炸和化学过程等超 快过程的重要手段。 飞秒激光极高的峰值功率用于电子及质子加速。 激光核聚变，2010年10月，世界上最强大的激光器国国家点火装置首次成功地实 施一次完整的点火演练。 飞秒激光在病变的早期诊断，医学成像和外科医疗等方面都发挥着极其重要的作用。 飞秒激光利用其独特的优势，能克服长脉冲加工材料选择性大等缺点，可对不同材 料进行精密加工。 在生物学方面，人们正在利用飞秒激光技术所提供的差异吸收光谱、泵浦/探测技术， 研究光合作用反应中的传能、转能与电荷分离过程等。 阿秒脉冲（1阿秒=10-18秒），最直接的应用就是对原子内部电子及原子核的运动过 程的观测，电子绕氢原子核一周大约是150阿秒，在这样短的时间尺度内飞秒脉冲无法 胜任。最近一个欧洲研究小组首次成功使用阿秒激光脉冲观测分子里的电子运动，揭 示了原子内微观物质运动的规律。 超短脉冲在军事上的应用，使其发展更显得尤为重要
《超短脉冲技术》课件
超短脉冲的波形控制
脉冲整形技术
通过改变脉冲的波形，实现脉冲能量的优化分配 ，提高脉冲的稳定性和可靠性。
脉冲压缩技术
通过光学元件的色散效应，将长脉冲压缩成短脉 冲，提高脉冲的峰值功率。
脉冲多路复用技术
将多个超短脉冲组合在一起，实现更高的输出功 率和更广泛的调谐范围。
超短脉冲的稳定性问题
1 2
模式跳变
激光雷达与测距
• 激光雷达与测距：超短脉冲激光雷达是一种高精度、高分辨率 的测距和定位技术。它利用超短脉冲的宽光谱和高重复频率特 性，能够实现高精度的距离和速度测量，被广泛应用于地形测 绘、无人驾驶、气象观测等领域。
原子分子光谱学研究
• 原子分子光谱学研究：超短脉冲 技术为原子分子光谱学研究提供 了新的手段。由于超短脉冲的宽 光谱特性和高峰值功率，它能够 产生瞬时的强光场，从而实现对 原子分子高分辨率和高灵敏度的 光谱测量。这种技术被广泛应用 于物理、化学和天文学等领域。
光纤损耗
光纤中的折射率不均匀、光纤弯曲和 杂质等都会引起光波散射，导致脉冲 能量损失。
空气损耗
超短脉冲在空气中传输时，会被空气 中的分子和气溶胶粒子吸收和散射， 造成能量损失。
04
超短脉冲的应用实例
超快光学成像
• 超快光学成像：超短脉冲技术被广泛应用于超快光学成像领 域。由于超短脉冲的极短持续时间和高峰值功率，它能够产 生瞬时的光场，从而在极短的时间内对物质进行高分辨率和 高灵敏度的成像。这种技术被广泛应用于生物医学、材料科 学和物理学等领域。
光纤放大
利用掺杂光纤作为增益介质，通过泵浦光激发电子-空穴对，实现 信号光的放大。
固态晶体放大
利用固态晶体中的非线性效应，实现信号光的放大。
脉冲宽度说明图.doc
脉冲及脉冲波形主要参数
一、常见的脉冲波形
一个不断开合的电键，负载上产生脉冲电压波形，见图10.1。
脉冲波形很多，常见的还有方波、梯形波、锯齿波、三角波等如图10.2所示。
二、波形的主要参数
理想的脉冲波形只有三个参数，如图10.3（a）所示，即脉冲幅度Um，脉冲周期T和脉冲宽度tW。
描述参数有几种，参见图10.3（b）。
（1）脉冲幅度Um——脉冲从起始值到峰值之间的变化量称为脉冲幅度。
（2）脉冲上升时间tr——脉冲前沿由0.1Um上升到0.9Um所需要的时间，tr愈短，脉冲上升得越快。
（3）脉冲下降时间tf——脉冲后沿由0.9Um下降至0.1Um所需要的时间，tf愈短，脉冲下降得越快。
（4）脉冲宽度tW——指脉冲前沿与脉冲后沿的0.5Um处两点间的时间间隔，又称脉冲持续期。
（5）脉冲周期T——对于周期性重复脉冲，指前后相邻脉冲的间隔时间，其倒数为脉冲重复的频率。
（6）占空比q——指脉冲宽度tW与脉冲周期T的比值，有q=tW/T.
三、频带宽度
（1）“频带宽度”定义见教村16页；（2）题库3.23，探头的分辨力与“频带宽度”成正比；（3）分辨力与灵敏度是相对或相反的。
小型光纤激光器产生超短光脉冲
小型光纤激光器产生超短光脉冲
王安;之己
【期刊名称】《光电子技术与信息》
【年(卷),期】1993(000)005
【总页数】4页(P22-25)
【作者】王安;之己
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TN248
【相关文献】
1.锁模半导体激光器产生带宽极限的超短光脉冲 [J], 邱昆
2.高速半导体激光器超短光脉冲产生及脉宽测试 [J], 黄超;倪文俊
3.1GHz梳状波调制1．3μmDFB半导体激光器皮秒超短光脉冲产生的实验研究[J], 刘东峰;王贤华;陈国夫;王云才;侯洵
4.利用量子阱DFB激光器产生重复频率为5GHz超短光脉冲 [J], 娄采云;钟山;伍剑;高以智;周炳琨
5.喇曼光纤激光器中超短光脉冲产生机制 [J], 沈书泊
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超短脉冲激光技术(钱列加老师)
5．6 (3)一．概述 (3)1．飞秒激光脉冲的特性 (3)2．飞秒脉冲的传输 (5)3．光束空间传输 (6)4．脉冲传输的数值模拟 (6)5．时空效应 (9)5.1自相位调制 (10)5.2相位调制对有限光束的影响——自聚焦 (11)二．飞秒光学 (13)1．简介 (13)2．色散元件 (13)2.1 膜层色散 (13)2.2 材料体色散 (13)2.3 角色散元件 (14)3．群速度色散的补偿及控制 (14)4．聚焦元件 (16)4.1 透镜的色差 (16)4.2 脉冲畸变与PTD效应 (16)三．飞秒激光器 (18)1．锁模简介 (18)2．克尔透镜锁模 (18)3．飞秒激光振荡器 (20)4．光纤孤子激光器 (21)四．飞秒脉冲的放大与压缩 (23)1．简介 (23)2．飞秒脉冲放大的困难 (25)3．啁啾脉冲放大技术 (26)4．CP A放大器的设计 (27)4.1 CP A激光系统的工作脉宽 (27)4.2 高增益的前置放大器 (27)4.3 装置的色散控制 (28)4.4 设计多程CP A放大器的理论模型 (31)五．脉冲整形 (34)1．脉冲整形 (34)2．飞秒光脉冲整形的物理基础 (34)(1)线性滤波 (34)(2)脉冲整形装置 (35)(3)脉冲整形的控制 (38)3．几种典型的空间光调制器 (39)(1)可编程液晶空间光调制器(LC SLM) (39)A．电寻址方式 (39)B．光寻址方式 (40)(2)声光调制器 (41)(3)变形镜 (41)4．脉冲压缩 (42)2.1 波导介质中的SPM (42)2.2 级联非线性压缩脉冲 (43)六．脉冲时间诊断技术 (45)1．强度相关 (45)(1) 多次平均测量 (45)(2) 单次工作方式 (47)(3) 三次相关法 (48)2．干涉相关 (49)3．脉冲振幅与位相的重建 (50)七．大口径高功率激光装置 (53)1．高能量的PW钛宝石/钕玻璃混合系统 (55)2．关键技术问题 (56)2.1 高阶色散 (57)2.2 光谱窄化和漂移引起的光谱畸变 (57)2.3 非线性自位相调制SPM (58)2.4 自发辐射放大ASE (58)3．光参量啁啾脉冲放大(OPCPA) (58)3.1 大口径高能钕玻璃泵浦的OPCPA 系统 (62)3.2 小口径低能量高重复率OPCPA 系统 (63)4．展望 (64)4.1 峰值功率的理论极限 (64)4.2 光学元件的限制 (65)4.3 非线性B积分的限制 (65)5．6一． 概述1． 飞秒激光脉冲的特性飞秒（15110fs s −=）激光最早出现于70年代初。
超短脉冲 第五章
第五章 色散器件的原理与色散补偿技术
5.3 啁啾反射镜
啁啾反射镜(chirped mirror)：实际上是双膜系反射镜和多膜系反 射镜的延伸。连续地改变膜层的共振波长, 使整个反射镜在保 持高反射率的同时, 给予不同波长以不同的延迟。
对于四分之一波长厚度膜系, 群延迟曲线不光滑, 在长波长部分 有许多振荡。因为深入到底层的长波长分量被表层的膜反射, 长波长分量在上下膜层间形成振荡, 在色散曲线上形成振荡
棱镜对用于色散补偿
如果再加上一对与之对称的棱镜， 则出射光的光束大小与棱镜间隔无 关。如果把棱镜设计成布儒斯特 (Brewster)角入射和出射, 则界面损 耗可以大大减少
第五章 色散器件的原理与色散补偿技术
5.4 棱镜对
如何计算棱镜对的色散？
棱镜中各角度的定义
先导出对于折射率的微小的变化而导
致的出射角的变化。棱镜的顶角，光 线的偏转角,入射角和出射角及相应的 内折射角关系
第五章 色散器件的原理与色散补偿技术
5.1 固体介质中的色散
光学玻璃，晶体, 染料溶液, 水，以及空气等的折射率 公式—— 塞尔麦耶(Sellmeier)公式：
m
n2 1
Bi 2
i1 2 Ci
其数中，的一般B取i , 3C)i 。依构成物质而异, 由实验求得。m是整
例子：常温熔融石英的系数为: m=3，B1=0.6961663 B2=0.4079426，B3=0.8974794， C1=0.0046791483， C2=0.013512063， C3=97.934003
C2 1.479942810-2 1.423826510-2 1.351206310-2 2.001791410-2 6.159604610-2
超短脉冲放大过程中的脉宽和光谱特性本科毕业论文
超短脉冲放大过程中的脉宽和光谱特性摘要本文研究了超短脉冲在介质中传输的基本理论知识，进而更深一步的了解探究超短脉冲在介质中传输时所引起的一些非线性效应，主要是研究自相位调制效应以及群速度色散效应以及啁啾对脉宽和光谱特性在传输过程中的影响。
通过实验，研究一些非线性效应的影响下超短脉冲的脉宽和光普特性是如何展宽和压缩的。
传输特性取决于最近的色散长度L D和非线性长度L NL。
L D和L NL是激光在介质中传播时，脉冲宽度的演变量。
用L D和L NL可以衡量在传输过程中，群速度色散效应（GVD）和自相位调制效应，哪个影响占主导地位。
群速度色散效应(GVD)引起的脉冲展宽对脉冲沿的陡度是十分敏感的，自相位调制效应(SPM)主要影响脉冲的频谱。
关键词：群速度色散 , 自相位调制 ,脉宽压缩Pulse width and spectral characteristics in the process of amplification of ultrashort laserpulseAbstractPulse,laser has developed into a prosperous front scientific. This paper studies the basic theory of knowledge in the ultrashort pulse transmission medium.So and a deeper understanding of some nonlinear effect caused by ultrashort pulse transmission in the medium.Its mainly to study the self-phase modulation (SPM)and group velocity (GVD)and the effect of the chirp.To studies these effects on the pulse width and spectral characteristics in the amplication and propagation process.Studies on some nonlinear effects by experiment,to know how the width of ultrashort pulse broadening and compression in the process.Transmission properties mainly depended on the dispersion length and nonlinear length.The dispersion length and nonlinear length of laser propagation in a medium amont of pulse width evolution . The dispersion length and nonlinear length can determine the group velocity dispersion(GVD) and self phase modulation (SPM)effect which occupies the dominant position.Pulse broadening caused by group velocity dispersion on the pulseedge is very sensitive,Since the main effect of pulsed phase modulation effect.KEY WORDS :gvd， spm， pulse compression目录超短脉冲放大过程中的脉宽和光谱特性 (1)致谢 ........................................................................................... 错误！未定义书签。
第三章 超短脉冲技术
➢实现锁模的方法
❖ 主动锁模：调制器的调制特性人为主动可控。
振幅调制锁模 相位调制锁模
❖ 被动锁模：其过程非人为可以控制。
❖ 同步泵浦锁模：主动锁模激光器泵浦另一激光器
❖ 自锁模
3.2主动锁模
如图所示，在激光器谐振腔内安置一振幅或相 位调制器，适当控制调制频率和调制深度可以实 现激光器的纵模锁定。
一、自锁模机理
一般认为，自锁模现象是利用增益介质的自聚 焦效应形成的克尔透镜和光阑构成一个与强度相关 的投射来产生短脉冲。
如果在束腰附近加上光阑，与自聚焦的结 合就相当于一个可饱和吸收体。由于脉冲中央 光强较大，透镜对脉冲中央有更强的聚焦，使 其几乎无损耗地通过光阑。而前后沿的强度较 小，透镜对脉冲前后有较小的自聚焦，使其损 耗大于脉冲中央。脉冲在腔内循环时，将不断 的被抑制而消失，而中间部分不断被放大，使 得脉冲不断被压缩，形成稳定的锁模。
只要选择具有负色散的介质就可以使超短脉冲 进一步的压缩。
目前压缩超短脉冲的方法有以下两种：
(t )
(a)Tr << τp，脉冲前 后沿具有负啁啾， 脉冲中间部分只有 正啁啾，谱带加宽， 而且是向原载波频 率ωo的高端和低端 同时扩展。
（b）Tr >>τp，脉 冲频谱的扩展只是 向ω ＜ω。端扩展， 即频率向低频端扩 展。
图3.5-1 超短光脉冲在介质传输中的自相位调制效应
如果考虑介质的色散时，当啁啾和色散同号时 脉冲被展宽，异号时变窄。当介质具有正色散时， 以负啁啾为特征的脉冲前沿和后沿被压缩，而以正 啁啾为特征的脉冲中间被展宽，脉冲波形变成方波。 当介质具有负色散时，具有负啁啾的脉冲前沿和后 沿被展宽，而脉冲的中间部分被压缩，从而导致整 个脉冲波形变窄。