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基于光线追迹的超短脉冲传输特性研究

发布时间:2018-12-11 05:43
【摘要】:超短脉冲具有超高的峰值功率和极窄的脉冲宽度,因此成为人们探究光与物质相互作用,追踪微观世界超快变化的强有力工具。超短脉冲传输特性研究作为超短脉冲应用的基础也就变得尤为重要,但由于超短脉冲具有时空耦合效应,对其传输特性的研究成为一个复杂问题。本文以超短脉冲的特征参数,角色散、空间啁啾、波前倾斜、时间啁啾、相位为研究对象,基于光学设计软件ZEMAX的光线追迹模块,研究超短脉冲特征参数经过光学系统的变化。主要研究内容如下:首先,结合光学设计软件ZEMAX的光线追迹模块,根据超短脉冲特征参数的定义,发展出一套数值计算超短脉冲特征参数的宏程序,可以计算任意形状脉冲通过光学系统后的脉冲特征参数;其次,将宏程序应用于棱镜、光栅系统,研究了脉冲特征参数随棱镜参数、光栅参数和入射条件的变化特征,计算结果表明超短脉冲的特征参数随着棱镜材料色散的增大而增大,随着入射角的增大而减小,同时超短脉冲的特征参数随着光栅常数的增大而减小,随着入射角的增大而减小,但其中波前倾斜角是个例外,变化趋势与其他参数的变化趋势相反。再次,利用宏程序优化设计了四棱镜超短脉冲压缩系统,研究系统的群速度色散随系统参数、玻璃材料的变化,表明低色散的玻璃材料有利于控制系统的群速度色散,能有效降低超短脉冲的畸变。最后,根据系统对波前倾斜和时空啁啾的限制,利用宏程序建立评价函数,设计了宽带脉冲倍频系统,所得系统保证了出射倍频脉冲无时空啁啾。
[Abstract]:Ultrashort pulse has high peak power and very narrow pulse width, so it has become a powerful tool to study the interaction between light and matter and track the ultrafast changes in the micro-world. As the basis of ultrashort pulse application, the study of ultrashort pulse transmission characteristics has become particularly important, but because ultrashort pulse has space-time coupling effect, the study of its transmission characteristics has become a complex problem. In this paper, the characteristic parameters of ultrashort pulse, character dispersion, spatial chirp, wavefront tilt, time chirp and phase are taken as the object of study. The light tracing module based on optical design software ZEMAX is used to study the change of characteristic parameters of ultrashort pulse through optical system. The main contents are as follows: firstly, according to the definition of the characteristic parameters of ultrashort pulse, a set of macro program is developed to calculate the characteristic parameters of ultrashort pulse by combining the ray tracing module of optical design software ZEMAX, according to the definition of characteristic parameters of ultrashort pulse. The characteristic parameters of an arbitrary shape pulse passing through an optical system can be calculated. Secondly, the macro program is applied to the prism and grating system, and the variation characteristics of pulse characteristic parameters with prism parameters, grating parameters and incidence conditions are studied. The results show that the characteristic parameters of ultrashort pulse increase with the increase of material dispersion of prism and decrease with the increase of incidence angle, and the characteristic parameters of ultrashort pulse decrease with the increase of grating constant. The angle of incidence decreases with the increase of incident angle, but the slope angle of wavefront is an exception, and the variation trend is opposite to that of other parameters. Thirdly, a four-prism ultrashort pulse compression system is designed by using a macro program. The variation of group velocity dispersion with system parameters and glass material is studied. It is shown that the low dispersion glass material is beneficial to control the group velocity dispersion of the system. It can effectively reduce the distortion of ultrashort pulse. Finally, according to the limitation of the system to the wavefront tilt and the space-time chirp, the evaluation function is established by using the macro program, and the broadband pulse frequency doubling system is designed. The obtained system ensures that the output frequency doubling pulse has no space-time chirp.
【学位授予单位】:哈尔滨理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN78

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