1-kHz飞秒脉冲多通放大系统及液晶空间位相调制器补偿色散的研究

摘要

该文对1-kHz飞秒激光脉冲多通放大系统进行了理论和实验研究.论文工作主要内容包括以下几个方面:一、简述了飞秒脉冲激光器及啁啾脉冲放大系统的发展和应用.二、简述了钛宝石飞秒激光振荡器的设计及克尔透镜锁模原理,测量了振荡器的脉冲输出参数.获得了光谱宽度32nm,可以支持脉冲宽度为29.2fs的激光脉冲的输出.三、简述了展宽器和压缩器的原理,计算了飞秒脉冲多通放大器的群延迟曲线,为优化设计多通放大系统提供了理论依据.由于展宽器中的球面镜会带来像差,像差可以转换为色散.但是多通放大器中的材料色散较小,展宽器中像差转换的色散大于多通放大器中的材料色散.计算表明,如果减少压缩器中的光栅的条纹密度,则可以提高零色散带宽.四、设计和构筑了飞秒脉冲激光多通放大系统,使用混合-光栅展宽压缩器得到了重复频率为1-kHz,脉冲宽度为65fs,单脉冲能量为150-μJ的压缩脉冲.此结果好于使用匹配光栅得到的压缩脉宽.但与目前报道的最好结果(1-kHz,15fs,1mJ)相距甚远.而且实验得到的脉宽与经傅立叶变换得到的脉宽相差较大,为了了解其原因,我们用SPIDER测量位相,但是由于光谱仪出了问题,所以未能测量出位相.实验系统存在的另一主要问题是压缩器的压缩效率低,其主要原因是光栅受潮,使衍射效率降低.因此实验系统有待进一步优化.五、为了使啁啾脉冲放大系统的输出脉宽接近于傅立叶变换极限脉宽,需要另一个自由度来精密补偿系统色散.目前,很多人应用液晶空间位相调制器作为色散补偿元件来优化放大系统,并取得了很好的效果.液晶空间位相调制器可以用来对已经搭建好的放大系统进行优化,以消除系统的剩余色散;或者单独用来腔外光谱展宽.该文简述了液晶位相调制器的工作原理及其在飞秒脉冲放大系统中的应用,介绍了液晶位相调制器在飞秒脉冲色散补偿中的应用,并数值模拟了用SLM对放大系统附加色散补偿的结果.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1飞秒脉冲激光概述

1.2飞秒脉冲激光放大技术

1.3本论文的主要工作

第二章钛宝石飞秒脉冲激光振荡器

2.1克尔透镜锁模原理

2.2钛宝石飞秒激光振荡器

2.3小结

第三章展宽器和压缩器

3.1压缩器理论概述

3.2展宽器理论概述

3.3飞秒多通放大系统中的马丁内兹展宽-压缩器

第四章1-kHz飞秒脉冲多通放大器的实验研究

4.1 1-kHz飞秒脉冲激光多通放大系统简介

4.2放大器的基本理论

4.3实验中的多通放大器

4.4放大过程的测量

4.4.1种子光的前4次放大过程

4.4.2单脉冲选择机制

4.4.3压缩后的光谱及自相关曲线的测量

4.5小结

第五章液晶空间位相调制器及其在飞秒脉冲色散补偿中的应用

5.1液晶概述

5.2液晶空间位相调制器的工作原理

5.3空间位相调制器(SLM)在飞秒脉冲放大器中的应用

5.4用SLM进行色散补偿的优点

5.5 4-f脉冲整形装置

5.6 SLM色散补偿原理

5.7 SLM色散补偿的实验设计

5.8SLM二阶色散补偿的计算机模拟

5.9SLM对放大系统进行附加色散补偿的模拟

5.10影响SLM色散补偿的原因

5.11小结

第六章总结与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢