超短脉冲-第六章.ppt

第六章 飞秒激光脉冲放大及特性测量 飞秒激光振荡器输出功率多在几毫瓦至几百毫瓦，重复频率在80~100兆赫兹。单一脉冲能量在纳焦量级。 一般来说，重复频率与单一脉冲能量不是独立可调的，这两个量的乘积即激光的平均功率被限制在几瓦左右，多由增益介质的热效应所制约。 飞秒脉冲的放大则需要新的设计方法，其原因是既要保持脉冲短又不损坏增益介质是件不容易的事。 Femtoseond laser pulses can NOT be amplified directly!!! 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。 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 6.1.1 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。 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。 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。。 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？ 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 6.2.1 自相位调制 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 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 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 光的能量在钛宝石激光器中达到饱和时, 只有几cm。 Chirped-pulse amplification in-volves stretching the pulse before amplifying it, and then compressing it later. We can stretch the pulse by a factor of 10,000, amplify it, and then recompress it! Advantages: eliminate nonlinear self-focusing improve amplification quality and efficiency G. Mourou and coworkers 1985 Pulse compressor t t Solid state amplifier(s) t Dispersive delay line t Short pulse oscillator CPA is THE big development. 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 Two regens. The design in (a) is often used for kHz-repetition-rate amplifiers and the lower (b) at a 10-20-Hz repetition rate. The Ti:sapphire rod is usually ~20-mm long and doped for 90% absorption. thin-film polarizer Pockels cell Faraday rotator 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） 第六章 飞秒激光脉冲放大及特性测量 1. 优点： 再生放大器是把种子脉冲吸入放大器腔内,待种子脉冲在腔内多次往复被放大到最大能量时,再将脉冲倒出腔外。再生放大器本身也是一个调Q脉冲激光器。 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