宽带激光脉冲的概念

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1、1・1宽带激光脉冲的概念1.1.1光脉冲“带宽”的理论判据在研究宽带激光脉冲传输理论Z前，首先应界定激光脉冲“宽带”的范畴。在理论研究方面，脉冲“宽带”的判据与激光中心波长2。和增益介质AA的线宽有关，便于在理论研究屮采取不同的近似条件，满足相关研究冃标的基本要求；而实际应用屮，由于主要物理目标的不同要求以及相关技术的限制，脉冲“宽带”的判据往往与应用目标以及所采取的主要技术途径有关系。因此，合理地分划激光脉冲带宽的范阖，无论是对理论研究，还是实际应用都是必要的。从光脉冲传输的角度出发，脉冲“带宽”可用下式作为理论判据“=△2仏(1-1)其屮心和局分别为激光脉冲的带宽与屮心波长。当

2、前，高功率激光驱动器常用的两种激光介质分别是Ti:Sa和铁玻璃。*对钛宝石，最大带宽约80nm/800nm-10%,目前达至lj40niTi/800nm-5%；*对枚玻璃，最大带宽约20nm/1000nm-2%,目前达到5nm/1000nm-0.5%o显然，这两种介质都还在pl甚至>〉1,不同档次的p,理论处理方法不同。1.1.2激光脉冲“带宽”的划分为了讨论问题的方便，以应用FI标为牵引，结合上面理论判据，可将激光脉冲的带宽分为以下五个层次▽叭⑴“窄带”脉冲：△圧O.ln

3、m,或△圧10kHz,如单纵模激光脉冲。(2)“准宽带”脉冲：0.1nm

4、极宽带”脉冲：例如，单周期脉冲，此时脉冲的光学延迟(习惯上用半高全宽或者1/e高度时的宽度来度量)等于脉冲中心频率的振荡周期。单周期激光脉冲的时间宽度一般为数fs级，如对波长为lOOOnm的激光脉冲，其光学周期为：21000x105c3xlOsm/5'显然，上述带宽的划分带有人为的痕迹，仅有“极宽带”脉冲属于理论意义上的宽带，而“宽带”、“大宽带”脉冲在理论上仍属于“窄带”范畴，但在实际中,已是较宽的带宽了。这样划分有助于在完善理论框架的基础上，对不同的应用目标，采用合理的近似条件加以解决。另外，在技术与工程上要求实现所谓的“宽带”或“大宽带”脉冲传输放大，同样具有相当大难度，尚有

5、许多关键技术必须解决。1.1.3宽频带激光脉冲的电场表达形式1.131电场表达式及参数定义在大多数情况下，激光电场可用包络函数表达E(r,r)=£o(r)/(r)exp[^(r)]exp[/(^or-A:oz)](1-2)其中各项的物理意义为1.exp[T(wkz)]代表一个沿z方向传输、中心频率为coo的平面波；2.民(〃是电场振幅在横截面上的空间分布。简单情况下可假定为均匀分布，B

6、J：尽(厂)=E。(常数)。较接近实际光束的分布是超高斯分布，B

7、J：E0(r)=exP[-(r/ayl],斤是超高斯的阶数，在激光驱动器的设计中，一般取n=6od是和光束口径相关的一个常数；3.夬

8、“是光脉冲的时间波形，常用的波形有二种，一是方波,即常数。二是高斯波，即代)=exp(//27%卩是光强降落到峰值1/纟处的脉冲半宽度，跟常用的脉冲半高全宽的关系为4.反映宽频带性质的是exp[iO(/)]项。它描述了频率随时间改变的特性(称为“频率碉啾”)，光脉冲持续时间内的瞬时频率为6。/®。1.1.3.2线性碉啾的脉冲的带宽有多种形式的频率碉啾，如抛物型、高斯形等。理论分析中可采用一种最简单的形式——线性碉啾：^(t)=St2/2T2，此时，瞬时频率随时间线性变化。其中S是无量纲常数，代表频率变化的速率。对线性碉啾的高斯脉冲，E(f)=exp[—(1-⑸命](1-3)其频谱宽

9、度可由它的Fourier变换导出，得到2ttT2~a)2T2~feeXP2(1—iS)E(co)=(1-4)从量纲可判断E(°)是谱密度。如果将平而波因子exp[/(^o-M]包含在原函数表达式中，则Fourier变换为£=A7^/5exp2(1-z5)exp(_%()z)(1-5)对应的光强功率谱密度为l{co)ocE(tw)2IjiT2=7^exp1+S2d-6)式中，频率是时间函数，因此,则有光强随时间的变化波形将瞬时频率的表达式a)(t)=co0-St/T2