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1、 1 / 13超短脉冲放大过程中的脉宽和光谱特性各专业完整优秀毕业论文设计图纸超短脉冲放大过程中的脉宽和光谱特性束庆珍(安庆师范学院物理与电气工程学院 安徽 安庆 246011)指导教师：致谢这篇文章我可以顺利的完成首先我要感谢我的导师，尤老师。他在百忙之中抽出时间指导我完成这篇论文。从查找资料，到开题报告的编写，再到论文初稿二稿及以后的几次修改，他都做出了仔细的辅导。最费心的时我们的论文格式千奇百怪，尤老师不辞辛劳把格式发给我们，指导我们认真修改格式。在此我由衷的感谢有老师的指导和无私奉献。其次我要感谢培养我的安庆师范学院，是安庆师范学院这片沃土哺育了我饥渴的求知味蕾。安师院环境优美，环山傍
2、水，给我提供了安静舒适的生活学习环境。在这安静和谐的环境里我方可静下心来潜心学习课本文化知识。安师院教学设施完备，师资力量雄厚，这给我知之带来了方便。再次我要感谢陪伴我的同学朋友，是他们在我困顿迷茫之时，给我帮助，给我安慰，让我积极的面对生活中的烦恼与挑战。是他们的陪伴让我的青春温暖并快乐着。最后我要感谢我的衣食父母，是他们给了我宝贵的生命，给了我学习的机会让我成为一个有思想，有理想有报复，会思考的文化人。给了我一个舞台，为我撑起了一片天，铺下了一条路，让我成长学习，快乐地享受着生命。我会好好努力，不辜负所有。摘 要本文研究了超短脉冲在介质中传输的基本理论知识，进而更深一步的了解探究超短脉冲在
3、介质中传输时所引起的一些非线性效应，主要是研究自相位调制效应以及群速度色散效应以及啁啾对脉宽和光谱特性在传输过程中的影响。通过实验，研究一些非线性效应的影响下超短脉冲的脉宽和光普特性是如何展宽和压缩的。传输特性取决于最近的色散长度LD和非线性长度LNL。LD和LNL是激光在介质中传播时，脉冲宽度的演变量。用LD和LNL可以衡量在传输过程中，群速度色散效应（GVD）和自相位调制效应，哪个影响占主导地位。群速度色散效应(GVD)引起的脉冲展宽对脉冲沿的陡度是十分敏感的，自相位调制效应(SPM)主要影响脉冲的频谱。关键词：群速度色散 , 自相位调制 ,脉宽压缩 Pulse width and spe
4、ctral characteristics in the process of amplification of ultrashort laser pulseShu Qingzhen(School of Physics and Electrical Engineering of Anqing Normal College, Anqing 246011)AbstractPulse,laser has developed into a prosperous front scientific. This paper studies the basic theory of knowledge in t
5、he ultrashort pulse transmission medium.So and a deeper understanding of some nonlinear effect caused by ultrashort pulse transmission in the medium.Its mainly to study the self-phase modulation (SPM)and group velocity (GVD)and the effect of the chirp.To studies these effects on the pulse width and
6、spectral characteristics in the amplication and propagation process.Studies on some nonlinear effects by experiment,to know how the width of ultrashort pulse broadening and compression in the process.Transmission properties mainly depended on the dispersion length and nonlinear length.The dispersion
7、 length and nonlinear length of laser propagation in a medium amont of pulse width evolution . The dispersion length and nonlinear length can determine the group velocity dispersion(GVD) and self phase modulation (SPM)effect which occupies the dominant position.Pulse broadening caused by group veloc
8、ity dispersion on the pulseedge is very sensitive,Since the main effect of pulsed phase modulation effect.KEY WORDS :gvd， spm， pulse compression目录超短脉冲放大过程中的脉宽和光谱特性1致谢2摘 要3Abstract4目录51引言61.1研究的意义72激光脉冲放大过程中的脉宽和光谱特性82.1 超短脉冲传输的基本理论知识82.1.1脉冲宽度和光谱宽度82.1.2光脉冲电场的表示82.1.3光脉冲传输的方程82.2超短脉冲激光在传输和放大过程中的自相位调制
9、效应（SPM）和群速度色散效应（GVD）对脉宽和光谱的影响92.2.1自相位调制效应和群速度色散效应92.2.2SPM与GVD 在超短脉冲激光在放大过程中对脉宽和光谱特性的影响。103. 结论11主要参考文献：121.引言这几年以来，随着科学技术的发展，及我国综合国力的提高，对超短脉冲激光的研究，已经进入了一个全新的领域。脉宽已经达到几个光学周期周期的水平。其应用广泛，是许多研究的重要工具。超短脉冲激光成了科学世界的前沿话题。研究超短激光在其传输以及放大过程中由放大器窗镜引起的自相位调制效应以及群速度色散等非线性效应对激光脉冲的脉宽带宽及光谱的影响。从而可以根据研究找出这些非线性效应对脉宽及光
10、谱的影响机制，采取对应的科技手段，按人类及研究的需要。对超短脉冲激光进行人为的压缩和放大，服务人类，因此这项研究具有深远的意义。超短脉冲激光在其传输过程和放大过程中，当其在介质中传播时，会有一些非线性效应发生。如自相位调制及群速度色散效应。这两种非线性效应，会使超短脉冲激光的光谱产生压缩或放大的效果。因此对超短脉冲的激光的真实性会产生影响，因此不便于研究其真实性。为了更好准确地研究超短脉冲激光，我们要人为地消除一些非线性效应对脉宽及光谱的影响。通过多年的光科学探究、分析、及推导，得出了实验条件对光谱和脉宽真实性的影响，以便在今后实验条件的控制减弱非线性效应的影响。实验室一般采用棱镜介质减弱非线
11、性效应，对脉宽进行压缩和放大。对过实验研究我们得出结论。在放大的过程，自相位调制与群速度色散效应对脉宽的展宽程度有相加强的作用，有些非线性效应，如介质的增益和窄化效应，以及SPM效应，对超短脉冲激光的输出带宽的影响很小。由于可以引入啁啾补偿，所以对超短脉冲激光脉宽进行压缩和放大是可行的，这也为该论题的研究提供理论基础。1.1研究的意义：在介绍研究意义之前，首先让我们来认识一下什么样的脉冲激光叫做超短脉冲激光。一般来说脉宽小于 （1ps=10-12 s ）量级的脉冲叫做超短脉冲激光。又因为超短脉冲激光在放大过程易产生一些非线性效应，如自相位调制（SPM）效应，各群速度色散效应（GVD），这些效应
12、可以引起超短脉冲激光的脉宽和带宽的大小。因此我们可以通过研究该论题，得出非线性效应影响超短脉冲激光在放大过程中脉宽和光谱特性的机制，近而可以得出结论。以便今后可以通过人为的改变实验条件，来减小超短脉冲激光在介质中传输时非线性效应如SPM和GVD对脉宽和光谱特性的影响。从而可以将超短脉冲激光可以在人类的控制下得到最大的应用和利用，从而可以更好地服务于人类。 例如人类已经通过研究得到了一种宽带掺钡宝石激光晶体。这使得超短脉冲激光得到了迅速的发展。对超短脉冲的研究从古到今，超短脉冲在带宽上可以小于4fs(1fs=10-15s)。这使得激光脉冲的峰值功率很大很大，这样的光波的光强很大。因此可以通过对超
13、短脉冲激光的研究我们可以得到高功率，高光强，高能量的激光。这便人类获得了高能光源成为可能。这种超高功率，超高聚焦光强的激光是探索在十分特别条件下物质行为的重大科学研究的基本手段。通过CPA核心技术，这使得建造峰值功率1PW CPA 的装置技术日趋成熟。从便用此装置在将来更好地服务于人类。由此可见对超短脉冲激光放大过程中，脉宽和光谱特性在前人的研究上更加深一步的研究，人类必会了解，发现探索出更加惊人的成果，服务于人，加深人类对超短脉冲激光的本质认识。2激光脉冲放大过程中的脉宽和光谱特性2.1 超短脉冲传输的基本理论知识 在介绍超短脉冲激光在介质中传输的基本理论知识之前，让我先认识一下什么叫超短脉
14、冲激光的脉冲宽度和光谱宽度。让我们来了解一下这两个概念是否表示同一物理量的区别，二者的区别空间在哪里呢？以及与超短脉冲激光相关的物理量，如光脉冲电场的表示及含义等等。2.1.1脉冲宽度和光谱宽度在物理学中，光脉冲宽度rp定义为光脉冲强度分布最大值1/2的全宽度（FWHM），而光脉冲的光谱宽度WP则定义为光脉冲强度分布的全宽度即（FWHM）。同样，对光脉冲宽度和光谱宽度可以有不同的定义。光脉冲宽度可以有另一种定义：脉冲宽度T为脉冲强度分布最大值1/2的1/e,而光谱宽度W为光谱强度最大值的1/2的1/e倍。由于光脉冲电场的时间和光谱特性可以通过傅里叶变换，找到两者之间的关系。即光脉冲和光谱特性可以通过傅里叶变换彼此相关的。因此光谱宽度和脉冲宽度不可以单独变化的。光谱宽度和脉冲宽度满足关系： (1) (2)式中CB=0.441,T0=p/ (对高斯波形分布)2.1.2光脉冲电场的表示电磁场光波及电磁波可以用电场随时间和空间的变化来完全表示出来。光波电场则可以表示为：,t）= (3)以上是光波电场的向量表示，光波电场同样可以用复数的形式表示出来， (4)用复数电场表示
