超短激光脉冲压缩与展宽的关键技术研究

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1、摘要摘要作为光信号传输介质的光纤，其传输特性主要有两点：一是光纤的损耗，另一是光纤的色散。掺镱超短脉冲光纤激光器中，采取增加掺镱光纤放大器的办法，基本上解决了光纤损耗的问题。与此同时，色散的积累、非线性光学效应的影响，又促使人们加快对色散补偿技术和非线性光学效应的研究。色散成为制约光纤激光器系统能否产生超短脉冲和得到理想带宽的重要因素。因此，如何解决光纤激光系统中色散平衡问题就成了超短脉冲产生研究的一个焦点。本文论述了掺镱超短脉冲光纤激光器产生中色散补偿理论和实验研究，超短脉冲产生中光纤色散补偿的重要性及色散的基本概念、色散产生的原因和色散的表示方法，阐述了

2、光纤色散补偿机理和常见色散补偿方法。在色散理论的基础上，结合我们的实际实验系统对色散补偿的要求，从理论上分析了光纤色散补偿机理及高阶色散的产生以及补偿方法。重点研究了光栅对色散补偿法，对压缩器的基本结构、工作原理、相关参数和现实可行性等分别作了理论分析和研究，并进行了数值模拟与计算。在实验上，进行了环形腔的外腔压缩和八字形腔的腔内色散补偿的实验研究。对没有经过色散补偿的光纤激光器振荡器输出46ps的激光脉冲，采用光栅对的外腔压缩器、在压缩器光栅对之间距离为28．6cm时，得到了最短307fs、重复频率25．5MHz的锁模激光脉冲；在压缩器光栅对之间距离为3．

3、icm时八字形腔的腔内压缩最终输出最短180fs、重复频率24MHz的锁模激光脉冲。实验结果和理论分析基本一致。对大展宽比展宽器进行了理论分析和研究。在光线追迹法的基础上，数字模拟了OPCPA系统中展宽器。并结合我们的OPCPA系统对展宽能力的要求，优化设计了展宽因子上万倍的展宽器，给出了5ffner型展宽器的原理和设计，用Mat]ab辅助程序进行了模拟计算，得到了影响展宽器性能的参数的直观图形，并对这些参数如何影响展宽器的性能进行了分析讨论，最后给出了用于OPCPA展宽器的优化设计参数。利用理论分析和设计的展宽器的系统参数，从实验上进行了演示验证。在输入功

4、率430mw、脉冲宽度30fs、重复频率80MHz的锁模脉冲输入情况下，得到了超短脉冲产生中色散基本问题的分析输出42mw、脉冲宽度545ps的展宽脉冲，并对这一实验结果和理论的差异进行了分析和讨论。结果表明，理论分析和系统设计方法基本正确，本文对展宽器的实验研究和实际应用具有重要的实际意义。关键词：掺镱光纤激光器；啁啾：光学参量啁啾脉冲放大利特洛角，脉冲展宽，欧浮纳展宽器摘要AbstractFiberasatransfermedlumhastwocharacteristiCSaboutitStransmiSSion：oneiSthefiber10SS，an

5、dtheotheriSfiber’Sdispersion．Theproblemoffiber’S1ossesiSresolvedbecauseoftheappearanceofYb”一dopedfiberamplifierintheYb”一dopedu]trashortpulsefiberlasersystem．Atthesametime，theeffectofdjspersionaccumulationandnonlinearoptiCSafi’ectionaccumulatepeople’Sstudyontechnologyofdispersioncom

6、pensationandnonlinearopticsaffection．Dispersionbecameakeyfactorwhichleadiftheultrashortpulsecanbeoutputornotinfiher1aser．So，itiSbecomesaimportantquestionthathowtocompensatethedispersionaccumulationinfiberlaser．Inthispaper，thebasicdispersiOntheory，theimportanceofdispersioncompensati

7、on，thebasiCconceptionaboutdispersionandthereasonofdispersiongeneratjoninYb。’～dopedultrashortpulsefiber1aseriSstudiedexperimentallyandtheoreticallY．Atthesametime，themechanismofdispersioncompensationandfamiliarwaysaboutdispersioncompensationiSintroduced．OnthebasiSofdispersiontheoryan

8、dourrequirementtothedisper