用光谱位相相干电场重构法还原飞秒脉冲相位

基于光谱相位相干直接电场重建法(SPIDER)测量飞秒激光脉冲的基本原理和重构相位的反演算法,数值模拟了SPIDER技术重构飞秒脉冲相位的过程,分析了非线性晶体、时间延迟τ、光谱剪切量Ω的选取原则。以高斯型线性啁啾脉冲为例,还原出了脉冲的位相,得到不同的待测脉冲重构出的最佳位相曲线具有不同的最佳延迟时间和光谱剪切量。     

飞秒激光光谱位相干涉仪的数值模拟与分析

对用光谱位相相干直接电场重建法 (SPIDER)测量飞秒光脉冲啁啾特性的光谱位相干涉仪进行了数值模拟 ;对假设具有不同类型啁啾的飞秒脉冲进行光谱位相重构 ,还原出时域脉冲强度包络和位相 ,并与实验结果进行了比较     

用改进的光谱相位相干直接电场重构法装置测量飞秒激光脉冲的相位

在对光谱相位相干直接电场重构法(SPIDER)硬件和软件进行深入研究的基础上,建立了光谱相位相干直接电场重构法测量系统。测量装置中,利用厚度为50μm的非线性晶体(BBO)来保证测量装置的带宽,并对分束镜进行改进,使之引入色散减小。自行开发了一套基于Labveiw软件的光谱相位相干直接电场重构法测量系统,并能够用于实时测量。其中在还原算法中以脉冲对倍频干涉条纹中的ωτ作为线性快变项,并只对具有干涉条纹部分的频率范围进行还原相位,大大提高了光谱相位相干直接电场重构法测量的精度。用此系统测量了钛宝石激光振荡器的输出脉冲特性,并与干涉自相关比较,证实了测量的准确性。     

光谱相位相干直接电场重构法测量飞秒脉冲的适用性问题

分析了现有光谱相位相干直接电场重构法(SPIDER)系统的一个缺点,即需预先估计待测脉冲的特性,来设定合适的系统参数.因而其适用范围受到一定限制,特别是在测量啁啾脉冲时容易出现偏差.实验用SPIDER系统分别测量了钛宝石飞秒激光器输出的脉冲及其经BK7玻璃块展宽得到的啁啾脉冲,测得啁啾脉冲的宽度为295 fs,作剪切量修正后测得脉宽为322 fs,后者更接近理论预期的313 fs.这表明SPIDER系统测量啁啾脉冲时,如果色散器提供的色散量不够大,会出现一定程度的偏差.通过补充记录两个和频脉冲的光谱,修正实际的剪切量,可有效减小误差,但问题仍未完全解决.     

SPIDER光谱相位干涉议的实现及相关理论分析

建立了光谱相位相干直接电场重建法(SPIDER)测量飞秒脉冲相位的实验装置,并对一台啁啾镜色散补偿的掺钛蓝宝石飞秒激光器输出脉冲的光谱相位进行了实际测量.基于SPIDER装置中BBO晶体的光谱滤波效应的理论模型,计算了不同厚度BBO晶体的和频效率带宽,确定了对应不同待测脉冲宽度,BBO晶体应选择的厚度范围.     

BBO晶体厚度对光谱相位干涉仪性能的影响

基于光谱相位相干直接电场重建法(SPIDER)测量飞秒激光脉冲的原理,建立了BBO晶体光谱滤波作用的计算模型,数值模拟了不同参数BBO晶体的视频效率带宽,给出了对于不同宽度的待测脉冲及应选取的：BBO晶体的厚度范围,并在实验中给予验证。结果表明：对于20fs的脉冲,可采用厚度为50μm的BBO晶体;而对于50fs的脉冲,采用100μm厚的BBO晶体就已经能够满足其谱宽的要求。     

基于平行相位调制算法的频谱相位测量和补偿

详细探究了平行相位调制(PPM)算法在飞秒激光脉冲的频谱相位测量与补偿中的应用。通过数值模拟讨论了调制频率选取和相位复原问题。基于该算法搭建了一套飞秒激光脉冲整形装置,使用自行编写的LabVIEW程序完成频谱相位的测量补偿过程,并使用多光子脉冲内干涉相位扫描(MIIPS)方法验证了实验结果的准确性。不同于MIIPS等已有超快激光脉冲测量方法,PPM法无需测量非线性信号的光谱,只需测量信号强度即可快速确定频谱相位。     

部分相干调制方形平顶脉冲电磁光束在自由空间的传输特性

基于广义惠更斯菲涅耳衍射积分和相干偏振统一理论,研究了有振幅和相位调制的部分相干方形平顶脉冲电磁光束在自由空间的传输特性,推导出了有振幅和相位调制的部分相干方形平顶脉冲电磁光束在自由空间传输的交叉谱密度矩阵解析式,通过数值计算分析了有振幅和相位调制的部分相干方形平顶脉冲电磁光束在自由空间传输的光谱强度分布。研究结果表明振幅和相位调制半径、调制深度都会对部分相干方形平顶脉冲电磁光束的光谱强度分布产生影响,有振幅和相位调制的部分相干方形平顶脉冲电磁光束在自由空间传输的光谱强度分布与相干长度、脉冲时间相干长度和传输距离有关。     

频率分辨光学开关法测量飞秒脉冲

阐述了频率分辨光学开关法测量飞秒脉冲的原理,详细分析了模式尺寸效应和非线性效应对飞秒脉冲测量的影响.构建了一台用于飞秒脉冲测量的二次谐波-频率分辨光学开关装置,利用该装置对谐振腔输出的飞秒脉冲及压缩后的脉冲进行了测量.得到了飞秒脉冲的时间宽度及光谱宽度、电场及其相位在时域和频域的详细信息.谐振腔直接输出脉冲的时间宽度为56 fs,光谱宽度为27 nm,时间带宽积为0.686,算法中的最小误差为0.001792.脉冲压缩后的测量结果为27 fs,光谱宽度为92 m,时间带宽积为1.27,算法误差为0.0093289.     

飞秒激光脉冲序列互相关的数值模型与分析

为研究飞秒激光超短脉冲序列在空气中传输的时间相干特性,根据飞秒脉冲序列的传播理论和空气折射率Ciddor公式,建立了飞秒激光脉冲序列间脉冲在空气中传播的互相关数值模型。根据该模型可以得到不同光谱分布、不同光程差和不同大气条件下的飞秒脉冲序列间脉冲的互相关图形。数值模拟结果表明随着脉冲间光程差的增大,由于色散的原因,互相关图形加宽和啁啾,并且峰能量减小;然而当光程差不变,仅改变大气条件时,互相关图形仅仅作线性移动,没有任何额外线性加宽或啁啾。飞秒光学频率梳具有非常高的时间相干性,并且飞秒脉冲间的互相关图形只取决于激光器光源的光谱分布。     

光谱调制对飞秒脉冲自相似放大系统的影响

采用数值模拟的方法,研究了周期性光谱调制对飞秒脉冲自相似放大的影响。构建了叠加光谱调制的飞秒脉冲自相似放大的理论模型,分析任意相移量、调制深度和调制周期等参量变化对自相似放大系统的影响。结果表明,任意相移量虽然会改变被调制后光谱具体形状,但不会影响自相似放大的时域结果;调制周期较大时,子脉冲和主脉冲重叠,对自相似放大过程和结果造成一定程度的破坏;调制周期较小时,主脉冲独立放大,基本不会被子脉冲影响,这一结论在调制深度改变时依然成立。     

Programmable shaping of femtosecond optical pulses by use of128-element liquid crystal phase modulator

Programmable shaping of femtosecond pulses by using a 128-element liquid crystal modulator to manipulate the phases of optical frequency components which are spatially dispersed within a grating-and-lens pulse shaping apparatus is described. This apparatus makes possible gray-level control of the spectral phases and allows modification of the pulse shape on a millisecond time scale under electronic control. Refinements in the design of the multielement modulator result in pulse shaping fidelity comparable to that which can be achieved with microlithographically fabricated masks. Several examples of pulse shaping operation, including pulse position modulation, programmable pulse compression, and adjustable cubic phase distortion, are described     

Complete dispersion compensation for 400-fs pulse transmission over10-km fiber link using dispersion compensating fiber and spectral phaseequalizer

We have demonstrated essentially complete dispersion compensation for 400-fs pulses over a 10-km fiber link using dispersion compensating fiber and a programmable femtosecond pulse shaper functioning as a spectral phase equalizer. The pulse shaper impresses adjustable quadratic and cubic phases onto the spectrum and removes all the residual dispersion and dispersion slope in the dispersion compensated fiber link. Our work shows that the pulse shaper technique provides a powerful and convenient tool for programmable fiber dispersion compensation over broad optical bandwidth. This allows distortion-free femtosecond pulse transmission over a fiber link in excess of 10 km without requiring the exact trimming of the dispersion-compensating fiber     

达曼类滤波器的飞秒脉冲整形技术

为了研究飞秒激光时空变换整形技术,采用理论分析与计算机模拟结合讨论的方法,分析了以达曼类滤波器为模板的4f 系统的飞秒脉冲整形技术。以梯度算法优化设计出达曼类滤波器,包括等间距、等强度和不等间距、不等强度达曼光栅,并模拟讨论了产生的超快时域多脉冲与光谱平面上调制周期的重复数、元件间距不等效应和波长效应的影响。结果表明,以达曼类滤波器为模板的飞秒脉冲整形中,模板周期重复数越多,输出脉冲的质量越高;元件间距不等和波长效应使输出脉冲的平均度和衍射效率都有所降低。     

Coherent ultrashort light pulse code-division multiple accesscommunication systems

A new technique for encoding and decoding of coherent ultrashort light pulses is analyzed. In particular, the temporal and statistical behavior of pseudonoise bursts generated by spectral phase coding of ultrashort optical pulses is discussed. the analysis is motivated by recent experiments that demonstrate high-resolution spectral phase coding of picosecond and femtosecond pulses and suggest the possibility of ultrahigh speed code-division multiple-access (CDMA) communications using this technique. The evolution of coherent ultrashort pulses into low intensity pseudonoise bursts as a function of the degree of phase coding is traced. The results are utilized to analyze the performance of a proposed CDMA optical communications system based upon encoding and decoding of ultrashort light pulses. The bit error rate (BER) is derived as a function of data rate, number of users, and receiver threshold, and the performance characteristics are discussed for a variety of system parameters. It is found that performance improves greatly with increasing code length     

飞秒脉冲测量技术的新进展

本文综述了超快激光领域中测量技术的最新发展，特别详细地论述了目前国际上公认的测量脉冲位相的2种标准方法；FROG和SPIDER的基本原理、实验构成和性能比较。