飞秒脉冲放大器中色散的计算和评价方法

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1、第-"卷第.期$""&年.月物理学报GH@)-"，FH).，IJ;<，$""&&"""(!$,"A$""&A-（"".）A&"*"("#1/>10BCDE/1DEFE/1!$""&/K:;)0K83)DH?)###############################################################飞秒脉冲放大器中色散的计算和评价方法!张志刚（天津大学精仪学院超快激光研究室，光电信息技术科学教育部重点实验室，天津!"""#$）%孙虹（天津大学理学院应用物理学系，光电

2、信息技术科学教育部重点实验室，天津!"""#$）（$"""年&&月&$日收到；$""&年&月’日收到修改稿）用光线追迹法论证了光栅(球面镜系统与普通的光栅对系统是一对相位共轭元件，并提出了光栅(球面镜系统色散的解析计算公式，以及对一个典型的放大系统做了模拟)模拟结果表明，对于一个放大系统，存在一个最佳的材料色散，用它可以获得最大的无色散带宽)关键词：飞秒激光放大器，展宽器，压缩器，色散补偿!"##：’$."，’$.-，’$&-为了搞清放大器中高阶色散的真正来源，需要&引言一个比较精确的位相色散计算与

3、评价方法，其中包括展宽器色散的计算公式)目前为止，还没有一套比脉冲展宽(放大(压缩（/01）已经成为标准的飞较完整的计算标准展宽器位相色散的解析公式)现秒脉冲放大技术)较低功率的钛宝石/01系统已经有的计算公式不过是直接改动压缩器色散公式中的有商品出售)脉冲宽度从一般的&""23到较窄的符号)但是这样做就等于假定了该展宽器是无像差［-，.］$"23，能量从数十微焦到数毫焦)配合参量放大系系统，与事实不符)有的虽然用了光线追迹法，却［#］统，可以实现更宽波长范围内的调谐，满足日益增长没有考虑位相修正因

4、子)稍微复杂些的是用一些的超快过程研究的需要)飞秒脉冲放大系统的关键商用软件计算若干根典型的光线，然后拟合成公式，技术是色散补偿)具体地说，就是展宽器和压缩器的扩展到所关心的波长范围)这样做不能自由地改变设计和配置)对于平行光栅对压缩器，人们已经研究参数对于放大器做系统的评价，而且对于靠曲线拟透彻)近年来的技术发展主要集中在展宽器的设计合的结果求导也会导致很大误差)和创新上，因为展宽器中的球面镜或柱面镜会带来本文利用光线追迹法系统地提出了放大器中色像差，在展宽器的设计中，出现了两种极端的倾向，散补偿

5、的理论和计算公式，为飞秒脉冲放大系统的［&］即增强像差展宽器（45678型）和无像差展宽器（欧设计特别是优化提供了理论依据和计算方法)［$］［!］浮纳型）)而常规的标准展宽器（9567:;<=型）则遭到了冷落)其实这是基于一种不完全的认识而产$压缩器的位相生的偏向)实际上，在标准展宽器中，像差是高阶色散的来源，但是它在有材料色散的放大器中并不是首先回顾一下>6<5?8提出的用作色散补偿元件［*］可有可无的)正是它的存在平衡了放大器中的材料的平行光栅对)如图&所示平行放置两个光栅，其色散)实验证明，无

6、像差展宽(放大系统得到的放大垂直间隔为!，出射光仍然是平行光，但其光谱是空压缩后的脉冲宽度，确实不如采用增强像差展宽器间分布的)如果在入射点"观察，可以看出，长波长的放大系统所得到的脉冲短，从而支持了展宽器像!@分量落后于短波长!3分量)因此这样的光栅对［’］差有利于脉冲压缩的观点)提供所谓负色散)为了计算这个系统的色散，先算出"天津市自然科学基金（批准号："$"&(’&!&**）、教育部高等学校骨干教师资助计划、国家重点基础研究专项经费（批准号：+&,,,"#-$""）、光电信息技术科学教育部重点

7、实验室访问学者基金资助的课题)%访问学者)4期张志刚等：飞秒脉冲放大器中色散的计算和评价方法)A=)光线在系统中走的距离!假定入射角为!，衍射角为料的正群延色散，从而压缩展宽后被放大的脉冲!称!""，对于某一个波长分量，它们之间的关系遵从这样的光栅对为脉冲压缩器（567#8+,95:8##,:）!光栅方程式，即#$%!&#$（%!""）’!#("，（)）0展宽器的位相式中!是衍射级次，"是光栅常数!如图)所示的光栅对，光线#$%的路径长度&可以写为在啁啾脉冲放大器中，需要一对大小相等，符号(相反的色

8、散元件，作为与光栅压缩器对应的脉冲展&’’*（)&+,#"）’*（)&+,#"）!+,（#!""）宽器（567#8#.:8.+;8:）!有没有类似的光栅对提供正的（-）群延色散呢？)<=>年，当时在贝尔实验室工作的实际的位相除了$’%&()，还必须考虑一个位相修［0］?/:.$%8@提出，如果把一个望远系统放在两个光栅正因子，因为第一个光栅的衍射光在被第二个光栅之间，这个系统可提供正的群延色散!但是?/:.$%8@的证明方法并不那么一目了然!他是在假定望远镜系统没有像