發(fā)布時(shí)間：2020-08-08 18:10

【摘要】：飛秒脈沖激光由于其脈沖持續(xù)時(shí)間短、峰值功率高等特點(diǎn),已成為揭示光與物質(zhì)相互作用的有力工具,被廣泛應(yīng)用于物理,化學(xué)和生物學(xué)等領(lǐng)域。然而在實(shí)際應(yīng)用中還常需要具有特定形狀的飛秒脈沖,例如飛秒雙脈沖序列,因此需要對(duì)激光器出來(lái)的飛秒脈沖進(jìn)行整形。整形后脈沖間隔和分布都可獨(dú)立調(diào)控的飛秒雙脈沖在泵浦-探測(cè)、飛秒微加工、量子相干控制、化學(xué)反應(yīng)解讀、超短脈沖測(cè)量等領(lǐng)域中都有重要應(yīng)用。本文基于Kogelnik耦合波理論,通過(guò)研究飛秒脈沖和啁啾飛秒脈沖通過(guò)體光柵的衍射,獲得脈沖間隔和脈沖波形均可調(diào)控的飛秒雙脈沖,并探討其產(chǎn)生的物理機(jī)制。論文的主要研究?jī)?nèi)容包括:1、研究了飛秒脈沖經(jīng)體光柵衍射的動(dòng)態(tài)衍射特性�；贙ogelnik耦合波理論,推導(dǎo)了飛秒脈沖通過(guò)體光柵衍射的耦合波方程,得到了衍射和透射光場(chǎng)及光強(qiáng)表達(dá)式,發(fā)現(xiàn)了體光柵的動(dòng)態(tài)衍射特性,能量振蕩和脈沖分裂現(xiàn)象,用光波干涉對(duì)其進(jìn)行解釋。2、利用飛秒脈沖通過(guò)體光柵衍射得到脈沖間隔可調(diào)控、脈沖波形相同的飛秒雙脈沖。通過(guò)求解耦合波方程的通解,發(fā)現(xiàn)體光柵內(nèi)有四個(gè)光場(chǎng),二個(gè)透射場(chǎng)和二個(gè)衍射場(chǎng),四個(gè)場(chǎng)相干疊加形成兩組沿光柵矢量的橫向駐波。由于每組駐波縱向傳播的局域性,在體光柵輸出端的衍射和透射方向都出現(xiàn)了飛秒雙脈沖。研究發(fā)現(xiàn)飛秒雙脈沖間隔與體光柵的厚度和折射率調(diào)制度成正比,與光柵周期無(wú)關(guān);衍射雙脈沖脈寬與入射脈沖的脈寬相同,與光柵參數(shù)無(wú)關(guān)。3、利用線(xiàn)性啁啾飛秒脈沖通過(guò)體光柵衍射得到脈寬可調(diào)控的飛秒雙脈沖。建立了線(xiàn)性啁啾飛秒脈沖通過(guò)體光柵衍射的理論模型,獲得了脈寬和峰值強(qiáng)度受啁啾參數(shù)調(diào)控的飛秒雙脈沖。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)啁啾參數(shù)大于0時(shí),雙脈沖同時(shí)被壓縮;當(dāng)啁啾參數(shù)小于0時(shí),雙脈沖同時(shí)被展寬,但雙脈沖壓縮和展寬程度是不同的,由此獲得了脈寬不同的飛秒雙脈沖。兩種情況下,材料色散都使脈沖的壓縮和展寬效應(yīng)增強(qiáng)。
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TN24
【圖文】：

體光柵分為透射型和反射型體光柵。當(dāng)物光和參考光在記錄介質(zhì)的同一側(cè)入射時(shí)，所記錄的體光柵為透射型體光柵；當(dāng)物光和參考光從記錄介質(zhì)的兩側(cè)入射時(shí)，形成反射型體光柵，如圖2-1所示。體光柵還可以分為相位型光柵和振幅型光柵。相位型光柵可以是記錄介質(zhì)的折射率或厚度調(diào)制實(shí)現(xiàn)的，振幅光柵是材料吸收系數(shù)的調(diào)制[70]。圖 2-1 透射型和反射行體光柵衍射

光柵的布拉格條件，因此不能簡(jiǎn)單使用平面波耦合波方程解決飛秒脈沖通過(guò)體光柵的衍射問(wèn)題。本節(jié)將推導(dǎo)適用于飛秒脈沖入射的耦合波方程。如圖2-2所示是飛秒脈沖中某一頻譜分量入射透射型體光柵的衍射示意圖。我們討論的體光柵是相位型體光柵，它在 xy 平面上是無(wú)限大的，光柵平面垂直于 x 軸。體光柵的折射率分布為：0n = n + n cos( Kx)(2.15)其中 n0是記錄材料的背景折射率， n 是折射率調(diào)制度的最大值； 是光柵周期 = r/(2sin r)， r和 r分別是體光柵的布拉格波長(zhǎng)和角度；光柵矢量 K(K=2 / )平行于 x 軸。設(shè)入射的飛秒脈沖光場(chǎng)分布為：( )20 02exprte t j tT = (2.16)其中，入射脈沖的中心頻率為0 0 = 2 c ， 0是入射脈沖的中心波長(zhǎng)；參數(shù) T與入射脈沖光場(chǎng)的半高全寬 的關(guān)系為 T = / 2 ln2。對(duì)入射脈沖光場(chǎng)進(jìn)行傅里葉變換，得到其頻域表達(dá)式：

圖 2-3 體光柵厚度 0-1mm 時(shí)（a）瞬時(shí)透射光強(qiáng)分布；（b）瞬時(shí)衍射光強(qiáng)分布。體光柵厚度 1-4mm 時(shí)（c）瞬時(shí)透射光強(qiáng)分布；（d）瞬時(shí)衍射光強(qiáng)分布。由圖 2-3(a)(b)可以看出，在衍射初期，即傳輸深度在 0-1.0 mm 區(qū)間時(shí)，出現(xiàn)了能量的周期性振蕩現(xiàn)象。當(dāng)透射方向的能量達(dá)到最大值時(shí)，衍射方向能量最��；而當(dāng)透射方向能量達(dá)到最小值時(shí)，衍射方向能量最大，看起來(lái)能量在透射和衍射之間來(lái)回轉(zhuǎn)換。隨著傳輸深度的增加，當(dāng)傳播深度大于 3mm 時(shí)，透射和衍射方向都出現(xiàn)了雙脈沖，且脈沖間隔隨著傳輸深度的增加而增加，即透射和衍射方向都出現(xiàn)了脈沖分裂。由圖可見(jiàn)，透射和衍射方向的雙脈沖的波形都是相同的，且不隨傳輸深度而改變。在我們之前的研究中，我們認(rèn)為，因?yàn)轶w光柵折射率調(diào)制度，在入射脈沖經(jīng)體光柵衍射初期，就同時(shí)出現(xiàn)了四個(gè)脈沖，兩個(gè)衍射和兩個(gè)透射脈沖。初期產(chǎn)生的能量振蕩現(xiàn)象就是因?yàn)樗膫�(gè)脈沖之間有重疊的現(xiàn)象，產(chǎn)生了干涉現(xiàn)象，導(dǎo)致了能量的周期性振蕩。而隨著衍射深度的增加，四個(gè)脈沖由于速度不同，

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