超短脉冲 第六章
超短脉冲技术要点
I I t E2 t
E2 q
cos2
➢ 高带宽：光脉冲的脉宽和其带宽乘积为相同数量级，脉宽 缩短，则带宽增加。100fs的脉冲宽度其带宽达到了10THz， 最短的可见光波段超短激光脉冲的带宽已经包含了大部分 可见光光谱区，看起来象白光一样。高带宽在光通信方面 非常重要。
➢ 高功率激光：激光器输出功率提升意味着体积的增加，也 意味着费用的增长，fs技术可以用中等输出能量的激光器产 生有极高峰值功率激光输出，目前已达到1015W量级的峰值 功率和1020W/cm2的光强。
属于非相干叠加，没有干涉项，为非同步辐射。
对于无规则变化的光场，讨论其瞬时光强I t 意义
不大，一般讨论其平均光强。
§3.1概论
▪ 光场的平均光强
I t E t 2 N Eq cos q t • N Eq cos q t
qN
qN
Eq2 cos2 q t 2 Eq Eq cos q t cos q t
2、纵模间隔非严格相等。
q
q c 2Lq
q c 2L0nq
q
q1 q
c 2L0
q 1
1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
nq1
q
1
nq
m
3、各纵模初始相位随机分布，q1 q const.
以上三点互相关联，由于色散造成的 q
和
m
各纵模初始相位随机分布造成了 t 的随机分布，
最终造成输出的光场在时域随时间做无规则起伏，
激光原理与技术
超短脉冲技术
1
§3.1概论
由图中可知，光子封闭在L中，L为谐振腔的几何长度， 则光子的空间测不准量为x L。 光子在谐振腔中往返振荡，其动量测不准量为
超短脉冲激光器的实验及理论研究
超短脉冲激光器的实验及理论研究【摘要】：本文主要针对超短脉冲激光器系统,分别从实验上和理论上对超短脉冲的产生及演变做了较为详细的研究。
根据ABCD矩阵规律,对激光器的稳定工作区域及克尔透镜锁模强度进行数值计算,并完成对激光器最佳像散补偿角的确定和有利于锁模产生的最佳腔参数的选择。
实验上,我们采用Cr~(4+):YAG晶体作为激光增益介质,对连续可调谐及克尔透镜锁模Cr~(4+):YAG激光器的工作特性做了较为细致深入的研究,并给出了一些有价值的结果。
另外在理论方面,采用修正的高阶复系数Ginzburg-Landau方程作为超短脉冲激光器系统的理论研究模型,对激光器中超短脉冲的演变及稳定性进行数值模拟,并给出了稳定解以及它们存在的参数限制条件。
最后,针对五次复系数Ginzburg-Landau方程几种特殊孤波解,简要地研究了三阶色散对这些孤波传输的影响以及它们的相邻相互作用及其抑制。
本文主要内容及结果如下:1)利用ABCD矩阵法对Cr~(4+):YAG激光器的谐振腔进行了数值计算,从而得到谐振腔的最佳像散补偿角和最佳模式匹配参数;并从理论上讨论了谐振腔参数的选择对激光器稳定区域的影响。
实验上,当泵浦功率为8w时,得到了高达580mw的连续光输出;采用棱镜作为调谐元件,实现了连续可调谐范围达160nm的连续可调谐运转,这样的结果在国内尚属首例。
2)利用克尔介质的非线性ABCD传输矩阵公式,分析克尔透镜锁模灵敏度δ在KLM激光器中的重要作用及其与谐振腔参数之间的关系,并结合我们实验中所用的四镜像散补偿腔,得到了有利于锁模产生的参数范围。
采用棱镜对进行色散补偿,同时采用半导体可饱和吸收镜作为克尔透镜锁模的启动元件,实现了Cr~(4+):YAG激光器的锁模运转,并得到了谱线展宽约为37nm,中心波长位于1520nm的锁模脉冲。
这样的克尔透镜锁模Cr~(4+):YAG激光器在国内还是首例。
3)首次给出了描述超短脉冲激光器系统中脉冲演化,且同时包含了三阶色散、非线性色散、自陡峭以及拉曼自频移等高阶效应和快、【关键词】：超短脉冲克尔透镜锁模Cr~(4+):YAG激光器理论模型【学位授予单位】：山西大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2005【分类号】：TN248【目录】：摘要9-11ABSTRACT11-13第一章引言13-28§1.1超短脉冲激光器的发展历史14-15§1.2自锁模激光技术的发展概述15-19§1.3超短脉冲激光器的理论研究进展19-21§1.4Cr~(4+)：YAG激光器的研究进展21-22§1.5本文主要内容22-24参考文献24-28第二章连续可调谐的Cr~(4+)：Y AG激光器28-40§2.1Cr~(4+)：YAG晶体特性28-30§2.2谐振腔结构及其稳定性分析30-35§2.3连续可调谐的Cr~(4+)：YAG激光器35-38§2.4本章小结38-39参考文献39-40第三章克尔透镜锁模Cr~(4+)：YAG激光器40-65§3.1克尔透镜锁模脉冲的形成机理40-52§3.2Cr~(4+)：YAG激光器的色散补偿特性52-57§3.3半导体可饱和吸收镜(SESAM)简介57-60§3.4实验结果60-62§3.5本章小节62-63参考文献63-65第四章超短脉冲激光器的理论研究65-85§4.1理论模型的建立背景65-67§4.2修正的复系数Ginzburg-Landau方程67-69§4.3高阶复系数Ginzburg-Landau方程69-82§4.4本章小结82-83参考文献83-85第五章三阶色散对新型孤波传输的影响85-98§5.1三种新型孤波介绍85-87§5.2三阶色散对平脉动孤波的影响87-88§5.3三阶色散对爆发孤波的影响88-90§5.4三阶色散对蠕变孤波的影响90-93§5.5三阶色散对呼吸子解传输特性的影响93-95§5.6本章小结95-96参考文献96-98第六章QCGLE特殊孤波解的相互作用研究98-108§6.1呼吸子解的相互作用及其抑制98-100§6.2平脉动孤波的相互作用及其抑制100-102§6.3爆发孤波的相互作用及其抑制102-103§6.4蠕变孤波的相互作用及其抑制103-105§6.5本章小结105-107参考文献107-108第七章结束语108-109攻读博士期间发表和待发表的论文109-110致谢110-111承诺书111-112 本论文购买请联系页眉网站。
超短脉冲激光及其相关应用的一些基本知识
超短脉冲激光及其相关应用的一些基本知识一、本文概述超短脉冲激光，作为现代光学领域的璀璨明珠，以其独特的性质和应用价值，正逐渐引起人们的广泛关注和深入研究。
本文旨在全面介绍超短脉冲激光的基本概念、产生机制、特性以及其在各个领域中的应用，帮助读者更好地理解和应用这一前沿技术。
我们将首先概述超短脉冲激光的定义和特点，包括其脉冲宽度、峰值功率、光谱特性等基本属性。
接着，我们将探讨超短脉冲激光的产生方法，包括调Q技术、锁模技术、光参量放大等，并简要介绍各种方法的原理和应用场景。
在了解了超短脉冲激光的基本特性后，我们将重点介绍其在各个领域中的应用。
这些应用包括但不限于：光学精密测量、超快现象研究、材料加工、生物医学等。
我们将结合具体案例，详细阐述超短脉冲激光在这些领域中的独特优势和实际应用效果。
我们将对超短脉冲激光的发展前景进行展望，分析其在未来科学研究和技术应用中的潜在价值和挑战。
通过本文的阅读，读者将能够全面而深入地了解超短脉冲激光及其相关应用的基本知识，为其在未来的科研和工作中提供有益的参考和启示。
二、超短脉冲激光的基本原理超短脉冲激光，也被称为超快激光，其脉冲宽度通常在纳秒（ns）甚至更短的皮秒（ps）、飞秒（fs）量级。
这种激光技术的基本原理主要涉及到激光产生和控制的物理过程。
我们需要理解激光是如何产生的。
激光产生的关键在于实现粒子数反转，即高能级粒子数大于低能级粒子数。
当高能级粒子数足够多时，受激辐射将占据主导地位，从而产生激光。
超短脉冲激光的产生则需要在此基础上，进一步控制激光的振荡过程，以实现脉冲宽度的缩短。
超短脉冲激光的产生通常利用调Q技术或锁模技术。
调Q技术通过改变谐振腔的Q值（品质因数），使得激光能量在短时间内迅速积累并释放，从而得到高能量的超短脉冲。
而锁模技术则是通过特定的光学元件和控制系统，使得谐振腔内的多个振荡模式同步，形成单一的高强度超短脉冲。
超短脉冲激光的特性使其在许多领域具有广泛的应用。
《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。
第六讲激光的调Q与锁模
该式说明了我们观察到的平均光强是各个 纵模光强之和。
11
如果我们能设法使这些各自独立振荡的 纵模在时间上同步，就需要把它们的相位相 互关联起来，使之有一确定的关系。一般说， 能使q+1 - q等于常数，我们就说该激光器各 模的相位q是按照q+1 - q=常数的关系被锁 定。
12
二、多模激光器模式锁定特性
8
激光的频 谱是由等间隔 (C/2L)的分离 谱线所组成， 每条谱线对应 一个纵模，各 纵模间彼此独 立，相位是在 -到之间随 机分布。在时 间域内，其强 度分布有噪声 特性。
振幅
0
v
振幅强度
t
9
当用接收器件来探测非锁模激光器输出 的光功率时，接收到的光强是所有满足阈值 条件的纵模光强的叠加。此时，某一瞬时的 输出光强为：
第六讲 激光的锁模 技术
1
6．1 锁模技术
前面讲过的调Q激光器可以获得巨脉冲， 但是最小脉冲宽度约秒量级。其原因是形成 激光脉冲需要一个建立时间。如果用腔倒空 技术，可以将脉宽压缩到1～２ns，并且由腔 长决定。 锁模技术可以实现更窄的脉宽和更高的 输出峰值功率。
2
锁模技术是从1964年发展起来的，由于 它能使激光脉冲的持续时间达到10-12秒，甚 至更窄（10-15秒）。所以也称为超短脉冲技 术。由于激光输出脉宽很窄，所以峰值功率 可以很高。这种窄脉冲高峰值功率的激光应 用甚广，在受控核聚变、等离子体物理学、 遥测技术、化学及物理动力学、生物学、高 速摄影、光通讯、光雷达、光谱学、全息学 及非线性光学等许多领域都有着重要的应用， 对于研究超高速现象及探索微观世界的规律 性具有极大的意义。
q 2 q 2 C C 2L L
n 0 n 第n个纵模频率为： 0为中心频率，为纵模间隔 设第n个纵模的振幅为An(t)， i ( ) t 0 n An (t ) A0e n 其中，A0为振幅， n为初相位。
超短脉冲激光器的研究与应用
超短脉冲激光器的研究与应用超短脉冲激光器是一种能够产生拥有极高强度和超短持续时间的激光束的设备。
它被广泛应用于科学研究、工业领域以及医疗领域。
本文将介绍超短脉冲激光器的原理、制造和应用。
一、超短脉冲激光器的原理超短脉冲激光器可以产生纳秒或皮秒级别的超短脉冲。
这种激光器的原理是使用长脉冲激光与非线性光学晶体相互作用，通过非线性效应将长脉冲激光转化为超短脉冲激光。
超短脉冲激光的产生是通过自发参量下转换的方式实现的。
当长脉冲激光通过非线性晶体时，晶体内的光学非线性效应会产生额外的频率组合。
这些频率组合将产生新的光波，并被反射回晶体中，与原来的激光束相互作用，最终产生超短脉冲。
二、超短脉冲激光器的制造超短脉冲激光器的制造需要使用光学晶体和半导体材料。
此外，还需要使用先进的光学器件和控制电路来实现激光器的操作和控制。
制造超短脉冲激光器的主要步骤包括选择光学晶体和半导体材料、设计和制造激光器的光学组件、控制电路的设计和安装、以及激光器的测试和校准。
超短脉冲激光器的性能受到多种因素的影响，包括激光器的波长、脉宽、能量和模式。
这些因素的选择和优化可以根据应用的需要进行调整。
三、超短脉冲激光器的应用超短脉冲激光器的应用范围非常广泛。
在科学研究方面，它被用于制备纳米结构和超快速动态过程的研究。
此外，超短脉冲激光还被用于制备微电子元件和纳米生物芯片等高精密度器件。
在工业领域，超短脉冲激光器被用于加工材料，例如改善表面质量和切割薄片。
另外，它还被用于制作光学元件和光学相干断层扫描等领域。
在医疗领域，超短脉冲激光器被用于进行激光手术、皮肤去除和其他美容技术。
此外，它还被用于制备人工晶体和医用器械等高精度器件。
四、超短脉冲激光器的发展趋势随着科学技术的不断进步，超短脉冲激光技术在不同领域中的应用越来越广泛。
未来，随着激光器材料和器件等技术不断成熟，超短脉冲激光器的性能和应用将会得到进一步的提升。
总之，超短脉冲激光器是一种极其重要的光学设备，应用范围广泛。
超短脉冲的获取方法及应用
超短脉冲的获取方法及应用超短脉冲是指时间长度非常短暂的电磁脉冲信号。
由于脉冲时间非常短，通常在皮秒（10^-12秒）甚至飞秒（10^-15秒）级别，超短脉冲具有极高的峰值功率和宽带频率特性，因此在科学研究和许多实际应用中得到了广泛关注。
要获取超短脉冲，一般采用以下几种方法：1. 模式锁定激光：最常见的方法是通过模式锁定技术获得超短脉冲激光。
模式锁定激光通过通过控制放大器和光纤等元件的特性，使光传播过程中不同模式的相位相互耦合，最终实现了超短脉冲的产生。
2. 非线性光学效应：通过利用非线性光学效应，如自相位调制（Self-Phase Modulation，SPM）、调制不稳定和双光子吸收等，可以将连续波光信号转化为超短脉冲。
这种方法适用于光纤而非气体激光介质。
3. 光学斯托克斯过程：通过非共线非相位匹配的非线性光学斯托克斯过程，将几个光子能量合并为一个光子，并使合并后的光子频率减小，从而得到超短脉冲。
这种方法常用于基于光学斯托克斯过程的光学放大器中。
超短脉冲在许多领域中具有广泛的应用，包括：1. 激光科学研究：超短脉冲激光可以提供极高的峰值功率和高能量密度，已广泛应用于激光物理、激光生物学、激光化学等领域的研究。
如超高时间分辨率的飞秒光谱学、非线性光学研究、光子晶体等。
2. 生命科学研究：超短脉冲激光在生物领域的应用主要包括生物成像、细胞操作和基因组研究等。
例如，基于多光子吸收现象的超短脉冲激光显微术成像技术可以实现高分辨率和深度成像，对生物、医学研究具有重要意义。
3. 材料加工与纳米制造：超短脉冲激光由于其极高的峰值功率和精细加工特性，已广泛应用于材料微加工、曲面精细加工、表面改性、激光蚀刻等领域。
还可以通过调控超短脉冲激光的参数，如能量密度、重复频率等，实现纳米材料制造、光子晶体制造等。
4. 高速通信技术：超短脉冲激光在光通信领域的应用主要是基于其游戏理论特性，提供了高速、高频宽的数据传输能力，如飞秒激光自由空间通信和光纤通信等。
超短脉冲的频谱 matlab
超短脉冲技术是一种在光谱学和光物理研究领域中被广泛应用的技术。
它具有瞬时光源、高时分辨率等优点，因此被广泛应用于超快动力学、非线性光学等领域。
超短脉冲的频谱是研究超短脉冲特性的重要课题，很多研究者和工程师需要对超短脉冲的频谱进行仿真和分析，从而更深入地了解超短脉冲的性质和特点。
Matlab作为一种功能强大的科学计算软件，在超短脉冲频谱的仿真和分析中具有独特的优势。
1. 超短脉冲的特点超短脉冲是指时间极短的光脉冲，一般持续时间在飞秒（fs）甚至阿秒（as）量级。
由于其时间极短，因此其频谱分布非常宽，包含了多种频率成分。
超短脉冲还具有相干性强、频率固有关联等特点，这使得其在光学成像、光子学、信息技术等领域具有重要应用价值。
2. 超短脉冲的频谱分析超短脉冲的频谱分析是对其频谱特性进行研究和分析，通过频谱分析可以了解超短脉冲的频率成分、频率分布、频谱宽度等重要信息。
超短脉冲的频谱分析在光谱学、超快光谱学、非线性光学等领域具有重要意义。
3. Matlab在超短脉冲频谱分析中的应用Matlab作为一种功能强大的科学计算软件，在光电子、光学等领域有着广泛的应用。
在超短脉冲频谱分析中，Matlab提供了丰富的工具包和函数库，可以进行超短脉冲的频谱仿真、频谱分析、频谱图像绘制等工作。
通过Matlab的强大功能，研究者和工程师可以方便、快捷地对超短脉冲的频谱进行深入研究，从而促进超短脉冲技术在相关领域的应用和发展。
4. 结语超短脉冲的频谱分析是超短脉冲技术研究的重要内容，Matlab作为一种功能强大的科学计算软件，在超短脉冲频谱分析中具有独特的优势和应用前景。
通过对超短脉冲频谱的研究和分析，可以深入了解超短脉冲的特性和性能，促进超短脉冲技术的应用和发展。
希望越来越多的研究者和工程师能够利用Matlab进行超短脉冲频谱分析，推动超短脉冲技术的不断发展和完善。
对于超短脉冲的频谱分析，传统的方法包括傅里叶变换、自相关技术、光谱仪测量等。
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假设分束板分出的两束光强度相等, 强度自相关可用下式表示
AI ( )
I(t)I(t )dt
是其中一束光的时间延迟
如果已知入射脉冲波形, 这个积分可以做出来
第六章 飞秒激光脉冲放大及特性测量
6.4.1 强度相关
对于高斯型脉冲, I (t) exp{t 2}
其自相关波形为
6.2.1 自相位调制
6.2.2 自聚焦
由于非线性非谐振折射率造 成的频率变化是
(t) kn2
z I(t, z' )dz' 0 t
非谐振折射率变化总是在频 率中心导致“上啁啾”。
自聚焦长度定义
LSF (t )
0.5 0
P(t) / Pcr 1
光的能量在钛宝石激光器中达 到饱和时, LSF 只有几cm。
6.3.1 再生放大器 2. 四分之一波电压再生放大器：
TFP（薄膜偏振片）:只对 某一方向的偏振光反射,对 另一方向的偏振光透射.
PC（Pockels Cell普克尔 盒）：加四分之一波长电 压以后作用相当于四分之 一波片。
再生放大器谐振腔1: 高重复频率低能量型
四分之一波片:偏振光一次 通过变成圆偏振，两次通 过改变偏振方向。
复习题：
1. 如何求宽带激光脉冲经过色散介质后引起的色散？那么如何来补偿色散？ 2. 飞秒脉冲为什么不能直接放大？飞秒激光放大过程中会出现哪些效应？
光线追迹法——追踪光脉冲在光学系统中的踪迹，计算光脉冲激光每一次经 过色散原件引起的各阶色散，对于脉冲经过色散介质情况，各阶色散通过折 射率对波长（或角频率）的各阶导数求的，而折射率对波长的依赖关系可以 通过塞尔麦耶公式得到。对于光栅对和棱镜对空间色散元件, 求各阶色散即 是对空间路径求各阶导数。总的色散即为总的一阶、二阶、三阶…..色散。 如何补偿：一般来说，完全补偿各阶色散不太可能（材料有限），通常在完 全补偿二阶色散基础上，尽可能的使三阶或高阶色散尽可能的小，当然，对 于脉宽越小，高阶色散作用越明显，补偿起来越苦难。
再生放大器谐振腔1: 高重复频率低能量型
PC放在腔的一端, 要求电压的 上升沿几乎等于整个腔内往复 时间。假定腔长仍为1.5-m, 此 时要求电压的上升沿为<8-ns。 电压也只需半波电压的一半。
第六章 飞秒激光脉冲放大及特性测量
6.3.1 再生放大器 3. 半波电压再生放大器
PC加半波电压, 即普克 尔盒变为半波片。
显示输出波形对输入波形的依赖关系。 a. 高斯波形。b. 双曲正割波形。c. 含有尾部 的非对称高斯波形.虚线对应于入射脉冲。
第六章 飞秒激光脉冲放大及特性测量
6.1 放大器中的脉冲成型
6.1.2 增益窄化
被放大的脉冲的频谱宽度超过一 定限度, 或者说达到与增益饱和 带宽相比拟时，放大后的脉冲带 宽是否保持得住原来的带宽？
1. 第一个棱镜有什么用？ 2. 角度β随波长有无变化？
由于第一个元件色散，使得不同的波长光程略有不同，即光程是波长的函数
第六章 飞秒激光脉冲放大及特性测量
6.4 飞秒脉冲的自相关测量
测量超短脉冲宽度须把时间信号转变为空间信号。自相关法——入射光分 为两束，其中一束光通过延迟线， 然后两束光合并，通过倍频晶体（ 或双 光子吸收/发光介质），改变延迟可得到一系列信号。信号的强度对延迟的 函数即为脉冲的自相关信号。
第六章 飞秒激光脉冲放大及特性测量
6.3.2 多通放大器
Multi-pass amplifier
pump
input
output
Regenerative amplifier pump
gain input/output
gain
两者比较
polarizer Pockels cell
第六章 飞秒激光脉冲放大及特性测量
1. 优点：
1) 高效率： 小信号能量放大倍数可达106至107；几十pJ到几 nJ的种子脉冲放大到几mJ至数十mJ。
2) 高光束质量：再生放大器本身模式可以调到标准的TEM00模。 如果入射的种子脉冲的模式与再生放大器的腔模相吻合, 则输 出脉冲的模式也可以是很好的TEM00模。
第六章 飞秒激光脉冲放大及特性测量
Two regens.
Pockels cell thin-film polarizer
The design in (a) is often used for kHzrepetition-rate amplifiers and the lower (b) at a 10-20-Hz repetition rate.
第六章 飞秒激光脉冲放大及特性测量
6.3 啁啾脉冲放大器
Short pulse oscillator
t
Dispersive delay line
G. Mourou and coworkers 1985
CPA is THE big development.
Chirped-pulse amplification in-
t
Solid state amplifier(s)
volves stretching the
pulse before amplifying it,
and then compressing it later. t
We can stretch the pulse by a factor of 10,000, amplify it, and then recompress it! Pulse compressor
Advantages: eliminate nonlinear self-
focusing
improve amplification
quality and
t
第六章 飞秒激光脉冲放大及特性测量
6.3.1 再生放大器（Regenerative Amplifier, Regen）
Faraday rotator
第六章 飞秒激光脉冲放大及特性测量
6.3.2 多通放大器
Multipass-amplifier arrangement. M1, M2 are 1 m RoC mirrors and M3 is flat and up to 15-cm wide. A Pockels cell PC and a pair of polarizers are used to inject a single pulse into the amplifier
再生放大器谐振腔1: 高重复频率低能量型 有两个出入口, 可以把入射光和出射光分开
脉冲的入射与出射完全 取决于施加于普克尔盒 电压的时间。电压的上 升沿至少要小于半个腔 内往复时间, 如果PC是 放在腔的正中的话。假 设腔长为1.5m, 腔内往 复时间就是10ns, 因此 要求电压的上升沿为 <5ns。
答案：不同的光谱分量得到不同 的增益。因为每种增益介质都有 有限的带宽,放大就必然伴随一个 光谱窄化过程。
应用可编程声光色散滤波器对种 子脉冲整形补偿增益窄化。物理 学报 2005, 54(6):2764
第六章 飞秒激光脉冲放大及特性测量
6.2 放大器中非线性折射率的影响
强脉冲在传播和放大过程中会引起折射率的变化。因此脉冲中 各频谱分量通过介质的长度会不一样,导致可能的自相位调制 和自透镜效应
两束场强分别 A1(t)和 A2 (t) 激光, 在同方向共线情况下, 相干叠加后的场强
第六章 飞秒激光脉冲放大及特性测量
6.4.1 强度相关
对于高斯型脉冲, I (t) exp{t 2}
其自相关波形为
AI ( ) exp{ 2 / 2}
自相关波形的半高宽(FWHM)与脉 冲宽度的比值为 2 1.414
第六章 飞秒激光脉冲放大及特性测量
6.3.1 再生放大器 4. 脉冲在再生放大器腔内的演化
(a)脉冲在再生放大器中的演变；(b)当脉冲在腔内达到最大值时，将脉 冲导出腔外。(c)单脉冲输出。探测器为Diode。 种子脉冲能量2nJ, 100fs,脉冲经过腔内15个循环放大达到饱和，放大后 的脉冲能量为每脉冲1mJ。
AI ( ) exp{ 2 / 2}
自相关波形的半高宽(FWHM)与脉 冲宽度的比值为 2 1.414
对于双曲正割型脉冲, I (t) sech 2 (t)
其自相关波形为
AI
(
)
3ch( )
sh3
sh( ( )
)
自相关波形的半高宽(FWHM)与脉 冲宽度的比值为1.543
6.4.2 干涉条纹分辨的相干自相关图形
6.1 放大器中的脉冲成型
6.1.1 增益介质的饱和
增益介质的饱和影响依赖于时
间的放大系数。随着增益的饱 和, 产生相位调制。相位调制不 直接改变脉冲的包络, 但改变脉 冲在介质中的传播过程。
饱和作用有利于产生比较陡的 脉冲前沿，脉冲中心向前移动。 放大后脉冲的两翼对输入脉冲 波形非常敏感。如果要减少脉 冲的放大中的脉冲展宽或者获 得更窄的脉冲，输入脉冲波形 最好前沿陡一些。。
超短脉冲放大遇到困难：（1）由于增益饱和使得其从增益介 质中抽取能量变得低效甚至无效 。（2）高峰值功率的飞秒光 脉冲通过介质时表现出极强的非线性效应和破坏效应。
Femtoseond laser pulses can NOT be amplified directly!!!
第六章 飞秒激光脉冲放大及特性测量
6.3.2 多通放大器
光束质量
指向稳定 性
能量稳定 性 可靠性
适应性
脉冲可压 缩性 能量效率 复杂性
再生放大器（预放）
因为再生放大器本身就是一个工作在TEM00模的 激光器，输出光束可以认为是高斯光束，
再生放大器的指向稳定性完全取决于放大器腔的 稳定性。振荡器和展宽器的指向变化不会影响放 大器的输出光束的指向。