啁啾脉冲激光放大系统中的色散研究

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1、2013年2月宇航计测技术Feb．．2013第33卷第1期JournalofAstronauticMetrologyandMeasurementV01．33．No，1文章编号：1000—7202(2013)01-0023-08中图分类号：0436．3文献标识码：A啁啾脉冲激光放大系统中的色散研究赵环1’2(1．计量校准技术国防科技重点实验室，北京100039；2．北京无线电计量测试研究所，北京100039)摘要理论分析了飞秒钛蓝宝石激光啁啾脉冲放大系统中各光学元件引入的色散，讨论了以块状玻璃作为展宽器，以双棱镜对作为压缩器的应用，并以重火石玻璃zn为基材，模拟了展宽——放大—

2、—压缩过程中脉冲宽度的变化。相较于光栅对展宽器来说，光学玻璃的展宽倍数较小，但是对于放大能量不高的预放大系统来说，这种展宽——压缩方式价格低廉、调节简便，具有较大的应用价值。通过灵活的选择基底玻璃材料及调节棱镜的插入量，或者将该展宽——压缩系统与光栅对及高阶色散啁啾镜混合使用，实现优势互补，可以进一步补偿高阶色散，缩短压缩脉冲宽度。关键词色散展宽压缩ResearchontheDispersionofCPALaserSystemZHAOHuanl，2(1．ThekeyLaboratory,ofMetrologyandCalibrationTechnology，Beijing10

3、0039；2．BeijingInstituteofRadioMetmlogyandMeasurement，Beijing100039)AbstractTheroleofdispersioninfemtosecondTi：sapphireCPAsystemistheoreticallyanalyzed．BasedOiltheanalysis，wesimulatethestretch-recompressprocesswithglassstretcheranddouble-prismspairscompressor，whichsupplyalloptimizedguideinth

4、econstructionofCPAlasersystem．Comparedtothegratestretcher，thepositivedispersionofglassisless，butforpre—amplifier，theglassstretcherismoreeconomicalandwithbettermaneuverability．Choosingappropriateglassmaterialandchangingtheinsertedlengthofprismpairs，orfurtheraddinggratepairsandchirped1TIilTOr

5、s，thehighorderdispersioncouldbecompensatedandthepulsewidthcompressedshorter．KeywordsDispersionStretchCompress1引言直接对激光振荡器输出的飞秒脉冲进行放大是无法得到太瓦级峰值功率的，这是因为当脉冲放大到一定的程度，就会出现以下一些问题：一是增益饱和使激光脉冲从放大介质中抽取能量的效率降低；二是放大过程中导致的过高的脉冲峰值功率会产生各种非线性效应。使得激光脉冲的光束质量、能量提取效率等下降；三是过高的峰值功率会对放大介质、光学元件等的镀膜造成伤害。所以目前太瓦级飞秒激光

6、放大系统都采用啁啾脉冲放大技术¨’2。，通过对放大过程中的色散控制，得到超短超强激光。根据傅立叶光学的理论，脉冲的展宽、放大和压缩实际上就是脉冲中的不同频率成分的振幅和相位·24·宇航计测技术2013年受到调制的过程。假定入射脉冲的电场在某一时刻E(t，)：陋(∞)叩(甜)。妯“咖Ⅲ(训如(2)可以写为。E(￡)=J．E(∞)e‘‘∞f+F‘m’’d∞(1)式中：E(∞)——频谱中圆频率为∞的振幅；盯(∞)——其相位。假设脉冲在整个放大过程中的改变可以由调制函数表示为：钾(∞)e呻‘⋯，则最终脉冲的含时电场为由此可见，若想得到脉冲在经过一个光学系统后的变化，其振幅和相位是必要

7、的。假定光脉冲经过一个系统后其光谱成分的强度不变，则整个出射脉冲只受咖(∞)的作用，即出射脉冲决定于咖(09)，将击(∞)对频率进行Taylor展开咖(∞)=咖(∞o)十咖¨’((cJo)(∞一090)十÷咖∞’(∞o)(∞一∞o)2+去咖∞’(∞o)(∞一O)o)3+去咖¨’(∞o)((【)一∞o)4+⋯(3)式中：咖‘1’(甜。)，咖‘2’(∞。)，咖‘3’(c【，。)，咖‘4’(09。)——现经济高效的展宽——压缩装置。分别称为脉冲在∞。处的群速延时(GroupDelay，2．1光学玻璃展宽器色散