基于光学时空对称原理的飞秒光纤激光系统的研究与设计

发布时间：2020-08-08 03:38

【摘要】：光学时空对称性从数学上看是光波动性的一种体现,是波动方程在数学形式上的对称性的结果。具体体现在光传输过程中时域性质与空间域性质之间的对应,以及由此衍生的普通空间光学元件、光学系统的时域对应物。光子色谱是夫琅禾费衍射的时域对应现象;时间透镜是空间透镜的时域对应装置,可以视为光子色谱原理的衍生物。罕见事件蕴含了丰富的系统信息,对罕见事件的观察是研究系统特性的重要手段。而正因罕见事件的不可预测性,对其进行观察就成了一个有挑战性的课题。光学中的罕见事件往往不仅难以捕捉,而且还是极快速、时间极短的,对其的观测需要使用基于光学时空对称性的光子色谱技术。基于光子色谱的原理,我们搭建了光谱分辨率为0.69nm,自由光谱范围69.4nm,光谱获取帧率等于待观测激光器重复频率的光子色谱系统,对一台39.5807MHz重复频率的可饱和吸收体锁模飞秒掺铒光纤激光器的锁模启动过程进行了观察与研究,并结合已有的可饱和吸收体锁模理论对所观察到的现象进行分析。同时也对锁模启动过程进行了仿真,得到的结果可以较好的反映锁模启动过程中的关键特征。基于光子色谱原理的衍生物-时间透镜的时域成像原理,可以提出一种啁啾脉冲放大系统的设计方法,其中的时间透镜来源于自相位调制效应,它是自聚焦效应的时域对应效应。我们据此设计搭建了实际的掺铒小型光纤啁啾脉冲放大系统,实现了单脉冲能量从46.5pJ到2.0nJ的放大,同时实现了脉宽从389 fs到82 fs的压缩,实际输出脉宽与设计值相差12 fs,这验证了该设计方法的可靠性。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN24
【图文】：

自相关仪,共线,工作原理,模式

(Frequency-Resolved Optical Gating，FROG)方以及基于干涉的方法，如直接电场重建相位干for Direct Electric-field Reconstruction，SPIDE超短光脉冲的测量方法。短于目前性能最好的 PD 的反应时间，故探思想为：用脉冲自己来测量自己，化时间长度法直接从时间上测量 fs尺度的光脉冲，但这60 m )量级，这个长度是可以精确测量的。因间长度，就可以测量 fs尺度的光脉冲。2 0 0二倍频晶体

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该方法又称为光子色谱技术。光子色谱正是夫琅禾费衍射的时域对3 的左图为光子色谱技术的原理图，在介质中传播的脉冲随着色散效渐被拉伸，同时不同频率(颜色)的能量不再均匀分布在脉冲的各处的不同部位聚集，且其波形越来越接近其光谱的形状。分析化学中之十分相似，图 1-3 的右图为叶绿素的色谱图，在对叶绿素不同组中，先将叶绿素溶解于某种特殊溶剂制成叶绿素提取液，然后将叶特制的滤纸(“色散”介质)上扩散，由于叶绿素不同组分的扩散速于群速度色散)，最终形成了不同颜色的条带，实现了叶绿素不同组

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图 2-1 式(2-22)的积分曲线示意上的C是围绕观测点P的平面坐标系下用分离变量法对亥姆霍极坐标(或柱坐标)中的角度无关，(1)0( )2H krGi=。类汉克尔函数，r 为以观察点 P 。亥姆霍兹方程在柱坐标下分离布决定的(旋转对称性)，最高的旋程(0 阶)。此处G 不选柱面波是因将柱面波方程ikre r 代入亥姆

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