寬帶激光脈沖的概念

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1、1?1寬帶激光脈沖的概念1.1.1光脈沖“帶寬”的理論判據(jù)在研究寬帶激光脈沖傳輸理論Z前，首先應(yīng)界定激光脈沖“寬帶”的范疇。在理論研究方面，脈沖“寬帶”的判據(jù)與激光中心波長2。和增益介質(zhì)AA的線寬有關(guān)，便于在理論研究屮采取不同的近似條件，滿足相關(guān)研究冃標(biāo)的基本要求；而實際應(yīng)用屮，由于主要物理目標(biāo)的不同要求以及相關(guān)技術(shù)的限制，脈沖“寬帶”的判據(jù)往往與應(yīng)用目標(biāo)以及所采取的主要技術(shù)途徑有關(guān)系。因此，合理地分劃激光脈沖帶寬的范闔，無論是對理論研究，還是實際應(yīng)用都是必要的。從光脈沖傳輸?shù)慕嵌瘸霭l(fā)，脈沖“帶寬”可用下式作為理論判據(jù)“=△2仏(1-1)其屮心和局分別為激光脈沖的帶寬與屮心波長。當(dāng)

2、前，高功率激光驅(qū)動器常用的兩種激光介質(zhì)分別是Ti:Sa和鐵玻璃。*對鈦寶石，最大帶寬約80nm/800nm-10%,目前達(dá)至lj40niTi/800nm-5%；*對枚玻璃，最大帶寬約20nm/1000nm-2%,目前達(dá)到5nm/1000nm-0.5%o顯然，這兩種介質(zhì)都還在pl甚至>〉1,不同檔次的p,理論處理方法不同。1.1.2激光脈沖“帶寬”的劃分為了討論問題的方便，以應(yīng)用FI標(biāo)為牽引，結(jié)合上面理論判據(jù)，可將激光脈沖的帶寬分為以下五個層次▽叭⑴“窄帶”脈沖：△圧O.ln

3、m,或△圧10kHz,如單縱模激光脈沖。(2)“準(zhǔn)寬帶”脈沖：0.1nm

4、極寬帶”脈沖：例如，單周期脈沖，此時脈沖的光學(xué)延遲(習(xí)慣上用半高全寬或者1/e高度時的寬度來度量)等于脈沖中心頻率的振蕩周期。單周期激光脈沖的時間寬度一般為數(shù)fs級，如對波長為lOOOnm的激光脈沖，其光學(xué)周期為：21000x105c3xlOsm/5'顯然，上述帶寬的劃分帶有人為的痕跡，僅有“極寬帶”脈沖屬于理論意義上的寬帶，而“寬帶”、“大寬帶”脈沖在理論上仍屬于“窄帶”范疇，但在實際中,已是較寬的帶寬了。這樣劃分有助于在完善理論框架的基礎(chǔ)上，對不同的應(yīng)用目標(biāo)，采用合理的近似條件加以解決。另外，在技術(shù)與工程上要求實現(xiàn)所謂的“寬帶”或“大寬帶”脈沖傳輸放大，同樣具有相當(dāng)大難度，尚有

5、許多關(guān)鍵技術(shù)必須解決。1.1.3寬頻帶激光脈沖的電場表達(dá)形式1.131電場表達(dá)式及參數(shù)定義在大多數(shù)情況下，激光電場可用包絡(luò)函數(shù)表達(dá)E(r,r)=￡o(r)/(r)exp[^(r)]exp[/(^or-A:oz)](1-2)其中各項的物理意義為1.exp[T(wkz)]代表一個沿z方向傳輸、中心頻率為coo的平面波；2.民(〃是電場振幅在橫截面上的空間分布。簡單情況下可假定為均勻分布，B

6、J：盡(廠)=E。(常數(shù))。較接近實際光束的分布是超高斯分布，B

7、J：E0(r)=exP[-(r/ayl],斤是超高斯的階數(shù)，在激光驅(qū)動器的設(shè)計中，一般取n=6od是和光束口徑相關(guān)的一個常數(shù)；3.夬

8、“是光脈沖的時間波形，常用的波形有二種，一是方波,即常數(shù)。二是高斯波，即代)=exp(//27%卩是光強(qiáng)降落到峰值1/纟處的脈沖半寬度，跟常用的脈沖半高全寬的關(guān)系為4.反映寬頻帶性質(zhì)的是exp[iO(/)]項。它描述了頻率隨時間改變的特性(稱為“頻率碉啾”)，光脈沖持續(xù)時間內(nèi)的瞬時頻率為6。/?。1.1.3.2線性碉啾的脈沖的帶寬有多種形式的頻率碉啾，如拋物型、高斯形等。理論分析中可采用一種最簡單的形式——線性碉啾：^(t)=St2/2T2，此時，瞬時頻率隨時間線性變化。其中S是無量綱常數(shù)，代表頻率變化的速率。對線性碉啾的高斯脈沖，E(f)=exp[—(1-⑸命](1-3)其頻譜寬

9、度可由它的Fourier變換導(dǎo)出，得到2ttT2~a)2T2~feeXP2(1—iS)E(co)=(1-4)從量綱可判斷E(°)是譜密度。如果將平而波因子exp[/(^o-M]包含在原函數(shù)表達(dá)式中，則Fourier變換為￡=A7^/5exp2(1-z5)exp(_%()z)(1-5)對應(yīng)的光強(qiáng)功率譜密度為l{co)ocE(tw)2IjiT2=7^exp1+S2d-6)式中，頻率是時間函數(shù)，因此,則有光強(qiáng)隨時間的變化波形將瞬時頻率的表達(dá)式a)(t)=co0-St/T2