啁啾光脉冲的自相位调制效应对压缩光脉冲的影响

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1、!第!"卷!第#期强激光与粒子束$%&’!"!(%’#!!)**+年#月,-.,/0123456235(7/538-942:25;6;<=’!)**+!文章编号!!!**!>?#))")**+#*#>*#@!>*?啁啾光脉冲的自相位调制效应对压缩光脉冲的影响"马再如!!)!!朱启华)!!冯国英!!!陈建国!"!!四川大学电子信息学院!四川成都A!**A?$)!中国工程物理研究院激光聚变研究中心!四川绵阳A)!@**#!!摘!要!!在超强激光系统中!对比度和本底宽度是压缩光脉冲极为重要的指标%在啁啾脉冲放大系统的压缩阶

2、段!在啁啾脉冲宽度为!?!BC!啁啾系数为!***!:积分值分别为*!!和)的情况下!模拟了自相位调制效应"6/;#对压缩脉冲的峰值光强&脉冲宽度和本底宽度的影响%结果表明’在:积分值为)的条件下!若不补偿非线性色散!压缩脉冲的峰值强度降为无自相位调制效应时的A+D左右!脉冲宽度约为种子脉冲宽度的)倍!本底宽度则增加到原来的#倍左右$在:积分值大于*’+的情况下!本底宽度和:积分值近似成线性关系%!!关键词!!自相位调制$!峰值光强$!啁啾脉冲放大$!本底宽度$!对比度!!中图分类号!!0?#A$!8()?!!!!!

3、文献标识码!!5(!!))!!当前!啁啾脉冲放大"9/5#技术是获得高能量高峰值功率超短脉冲的主流技术%啁啾脉冲的放大将经历三个阶段!第一阶段是将光脉冲在时域内进行展宽!通常是利用光栅对"或光纤光栅#提供的正色散将种子光脉冲展宽成长脉宽的啁啾脉冲$第二阶段是对展宽的啁啾脉冲进行放大$第三阶段!利用光栅对提供的负色散在时域内对光脉冲进行压缩!将放大的啁啾脉冲压缩"或还原#为超短脉冲%!!在放大阶段!光脉冲在克尔介质中会经历自相位调制"6/;#效应!该效应引起的非线性相位延迟"其延迟的位相峰值通常称之为:积分#将附加在啁

4、啾脉冲上%在光脉冲的压缩阶段!由于压缩光栅对不能很好地补(#)偿这种非线性位相延迟!从而引起压缩光脉冲的本底形成%!!在高峰值功率激光脉冲与物质作用的领域内!我们更关心本底前沿的强度!通常称为预脉冲%*快点火+的理论研究表明!来自9/5打靶光脉冲的焦斑光强高达!*)*)!)!如果预脉冲的强度超过!*!))!!!*1,EF1,EF(?)就足以破坏微球靶!因此要求打靶光脉冲的对比度"定义为主脉冲峰值与达到微球靶破坏阈值的预脉冲强度之比#应大于!*G$同样!它要求的本底宽度"预脉冲与主脉冲的时间间隔#不能超过几BC%因而!

5、在"超#强激光系统中!光脉冲的对比度和本底宽度是极为重要的指标%()!+!")!!人们对6/;效应及其影响进行了很多研究工作!文献())以超高斯光脉冲为例进行了分析!认为自相位调制将严重影响光脉冲的复原$文献(+)分析了:积分对压缩光脉冲的光强影响$文献(A)分析了半导体激光器中!增益饱和状态下的自相位调制情况$文献(")对啁啾脉冲放大系统中的自相位调制效应及其演化规律进行了分析%他们的结论表明’随着:积分值的增大!压缩光脉冲的峰值光强将减小%在参考国内外现有文献的基础上!我们进一步讨论了6/;对压缩光脉冲的对比度和

6、本底宽度的影响%"!理论模型(G)!!研究表明!用光谱整形的手段可以很好地抑制光谱增益窄化效应!仔细调整光脉冲的中心波长与介质(@)的增益中心波长的匹配关系!可以较好地克服增益饱和效应的影响!因而!本文就不考虑它们对压缩光脉冲的影响%在只考虑6/;效应对压缩光脉冲的影响的情况下!啁啾脉冲!""##$""#JKB(H!""#)在放大介质中HI(!*)的传输演化可以用非线性薛定谔方程来描述)#$"%!"#"!#$"%!"#)H#H$"%!"#&#))&%’$"%!"#’$"%!"#"!##%))#$式中’$""#与!""

7、#分别为啁啾脉冲包络与相位$"为放大介质的增益系数$为介质的群速度色散$$#"&%,(#))为移动坐标!(为光脉冲的群速度$%L*,+!*为介质非线性系数!&为光脉冲的中心角频率!+为介质中))&*)*的光速%"收稿日期!)**?>*A>)G$!!修订日期!)**?>!)>!*作者简介!马再如"!@")-#!男!湖南汨罗人!博士研究生!主要从事激光通信和超短脉冲传输放大研究$2>F

8、线性相位延迟为""!"!$"!#%$%"&’$"(!#%&$"$"%!"#式中!通常称该非线性相位延迟的最大值为%积分&!!如果主放大器的传输放大函数为)$"%!那么通过放大器放大后输出的光谱为*&’($)$"%*)*$"%$+%式中’*$"%是输入啁啾脉冲*$#%的傅里叶变换&使用光栅对将放大的光脉冲进行线性压缩后得到的光脉)*)*冲为,!"