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《利用声波控制超短脉冲的色散》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第16卷 第10期强激光与粒子束Vol.16,No.102004年10月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSOct.,2004文章编号:100124322(2004)1021229204X利用声波控制超短脉冲的色散 赵华军, 章若冰, 谢旭东, 马 晶, 张志刚, 王清月(天津大学精仪学院超快激光研究室,教育部光电信息技术科学重点实验室,天津300072) 摘 要:声光互作用器件声光可编程色散滤波器(AOPDF)是一种实时的色散补偿器件,它可用于飞秒啁啾脉冲放大系统。通过耦合模理论推导,得到了输出脉冲的群延迟与调制声波的频率、啁啾、带宽等参数的关
2、系,并且对用2.5cm长的LiNbO3作为声光晶体的AOPDF补偿飞秒光脉冲的色散进行了数值模拟,得到了对中心波长为800mm的钛宝石飞秒激光色散补偿特性及所需声波的频率和啁啾参数。 关键词:声光可编程色散滤波器; 色散补偿; 布喇格相位匹配条件 中图分类号:TN248文献标识码:A 即使飞秒激光振荡级产生的光脉冲是傅里叶变换极限脉冲,在经过几次啁啾放大之后,也会引入大量的色散,而且这种色散是变化的,用一般色散补偿如棱镜对、啁啾镜等方法都不能很好地补偿,结果只能是放大后的脉冲被展宽。将脉冲压缩回原来的脉宽或将脉冲整形成需要的形状,是可编程色散控制器件所能解决的问题,
3、也就是我们通常所说的自适应滤波。目前,大部分脉冲整形器件都是基于4f望远系统和液晶空间光调制器[1,2]的,该系统的主要缺点是一方面有工作死区,二是会带来像差。用声光器件就可以避免4f系统的像差和液晶空间间隔带来的工作死区,并且它可以提供频域振幅和位相的同时调制补偿,抑制啁啾脉冲放大过程中的增益窄化。 声光可编程色散滤波器(AOPDF)最早是由光通讯器件声光可调谐滤波器(AOTF)发展而来的。曾经[3]也有人用AOTF来整形脉冲,在1530nm附近获得了约8nm的可变带宽,但是,由于该器件参与作用的声波只是可调的单一波长,不能实时控制宽光谱信号的群延迟。Tournois
4、后来提出了基于声光耦合模作用的体声光器[4]件AOPDF,并用TeO2为声光介质,成功地将30fs的钛宝石激光脉冲压缩到17fs。由于在TeO2晶体中不能提供共线的声光作用,只能用准共线声光耦合,使得衍射光脉冲带有一定的空间啁啾。而LiNbO3同样是优质的声光晶体,与TeO2晶体相比有较大的模式折射率差,即在相同晶体长度情况下可提供大的可编程群延迟,并且在LiNbO3中可以共线声光耦合,非常方便。 在双折射晶体中的布喇格衍射可称为异常布喇格衍射,文中从光波在折射率变化的介质中传播的波动方程开始,推导出满足异常布喇格衍射条件的耦合波方程,进而讨论了AOPDF调制光脉冲频域
5、位相和振幅的基本原理,并数值模拟了用LiNbO3作为AOPDF声光晶体的工作特性。1 原 理AOPDF可利用不同波长、不同模式的激光在介质中传播速度不同而产生所需要的群速度延迟,其最主要[5]的理论依据是同向耦合模理论。由于光弹效应,有声波传播的媒质可以近似看成周期性媒质,在这样的媒质中同时有光波传播时,光波的能量会在几个传播模式之间来回转换。但当满足布喇格条件时,只有一对模式之间能发生强烈的耦合,光能量能够由一个模式完全转换成另一个模式。利用这一原理可制成光波模式转换[6]器,可以使入射光由模式1转换成与之正交的模式2出射,特殊情况下由o光变成e光。 在只考虑共线(如
6、图1沿z轴)的声光作用下,假设某时刻入射光波频率为ω1,波数为β1,通过声光耦合后[7]的衍射光波频率为ω2,波数为β2,其参与作用的声波频率ωa,波数K。该耦合过程可由式(1)表示E2(ω2)exp[i(ω2t-β2x)]∝E1(ω1)exp[i(ω1t-β1x)]×Sa(ωa)exp[(ωat-Kx)](1)式中:E1(ω1),Sa(ωa)和E2(ω2)分别是入射光、声波信号和衍射光波信号的光谱复振幅。入射光能量转换成衍射光能量必须满足相位匹配条件X收稿日期:2003208207;修订日期:2004202206基金项目:国家重点基础研究项目资助课题(G19990752
7、01)作者简介:赵华军(1978—),男,硕士研究生,从事飞秒激光及其相关课题的研究。©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.1230强激光与粒子束第16卷ω2=ω1+ωa,β2=β1±K(2) 由于ω1mωa,故ω1=ω2=ω,可认为声光光栅相对光脉冲是静止的,即忽略了多普勒频移,则相位匹配条件可写成K(ω)=β2(ω)-β1(ω)=ωn1(ω)-n2(ω)/c(3)或者写成Δn=n1(ω)-n2(ω)=λ/λa(4)式中:Δn为两种光波
