超短脉冲通过体全息光栅强耦合衍射特性的研究

超短脉冲激光器的实验及理论研究【摘要】：本文主要针对超短脉冲激光器系统,分别从实验上和理论上对超短脉冲的产生及演变做了较为详细的研究。

根据ABCD矩阵规律,对激光器的稳定工作区域及克尔透镜锁模强度进行数值计算,并完成对激光器最佳像散补偿角的确定和有利于锁模产生的最佳腔参数的选择。

实验上,我们采用Cr~(4+):YAG晶体作为激光增益介质,对连续可调谐及克尔透镜锁模Cr~(4+):YAG激光器的工作特性做了较为细致深入的研究,并给出了一些有价值的结果。

另外在理论方面,采用修正的高阶复系数Ginzburg-Landau方程作为超短脉冲激光器系统的理论研究模型,对激光器中超短脉冲的演变及稳定性进行数值模拟,并给出了稳定解以及它们存在的参数限制条件。

最后,针对五次复系数Ginzburg-Landau方程几种特殊孤波解,简要地研究了三阶色散对这些孤波传输的影响以及它们的相邻相互作用及其抑制。

本文主要内容及结果如下:1)利用ABCD矩阵法对Cr~(4+):YAG激光器的谐振腔进行了数值计算,从而得到谐振腔的最佳像散补偿角和最佳模式匹配参数;并从理论上讨论了谐振腔参数的选择对激光器稳定区域的影响。

实验上,当泵浦功率为8w时,得到了高达580mw的连续光输出;采用棱镜作为调谐元件,实现了连续可调谐范围达160nm的连续可调谐运转,这样的结果在国内尚属首例。

2)利用克尔介质的非线性ABCD传输矩阵公式,分析克尔透镜锁模灵敏度δ在KLM激光器中的重要作用及其与谐振腔参数之间的关系,并结合我们实验中所用的四镜像散补偿腔,得到了有利于锁模产生的参数范围。

采用棱镜对进行色散补偿,同时采用半导体可饱和吸收镜作为克尔透镜锁模的启动元件,实现了Cr~(4+):YAG激光器的锁模运转,并得到了谱线展宽约为37nm,中心波长位于1520nm的锁模脉冲。

这样的克尔透镜锁模Cr~(4+):YAG激光器在国内还是首例。

3)首次给出了描述超短脉冲激光器系统中脉冲演化,且同时包含了三阶色散、非线性色散、自陡峭以及拉曼自频移等高阶效应和快、【关键词】：超短脉冲克尔透镜锁模Cr~(4+):YAG激光器理论模型【学位授予单位】：山西大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2005【分类号】：TN248【目录】：摘要9-11ABSTRACT11-13第一章引言13-28§1.1超短脉冲激光器的发展历史14-15§1.2自锁模激光技术的发展概述15-19§1.3超短脉冲激光器的理论研究进展19-21§1.4Cr~(4+)：YAG激光器的研究进展21-22§1.5本文主要内容22-24参考文献24-28第二章连续可调谐的Cr~(4+)：Y AG激光器28-40§2.1Cr~(4+)：YAG晶体特性28-30§2.2谐振腔结构及其稳定性分析30-35§2.3连续可调谐的Cr~(4+)：YAG激光器35-38§2.4本章小结38-39参考文献39-40第三章克尔透镜锁模Cr~(4+)：YAG激光器40-65§3.1克尔透镜锁模脉冲的形成机理40-52§3.2Cr~(4+)：YAG激光器的色散补偿特性52-57§3.3半导体可饱和吸收镜(SESAM)简介57-60§3.4实验结果60-62§3.5本章小节62-63参考文献63-65第四章超短脉冲激光器的理论研究65-85§4.1理论模型的建立背景65-67§4.2修正的复系数Ginzburg-Landau方程67-69§4.3高阶复系数Ginzburg-Landau方程69-82§4.4本章小结82-83参考文献83-85第五章三阶色散对新型孤波传输的影响85-98§5.1三种新型孤波介绍85-87§5.2三阶色散对平脉动孤波的影响87-88§5.3三阶色散对爆发孤波的影响88-90§5.4三阶色散对蠕变孤波的影响90-93§5.5三阶色散对呼吸子解传输特性的影响93-95§5.6本章小结95-96参考文献96-98第六章QCGLE特殊孤波解的相互作用研究98-108§6.1呼吸子解的相互作用及其抑制98-100§6.2平脉动孤波的相互作用及其抑制100-102§6.3爆发孤波的相互作用及其抑制102-103§6.4蠕变孤波的相互作用及其抑制103-105§6.5本章小结105-107参考文献107-108第七章结束语108-109攻读博士期间发表和待发表的论文109-110致谢110-111承诺书111-112 本论文购买请联系页眉网站。

专利名称：利用超短激光脉冲制备光栅器件和实现全息存储的方法
专利类型：发明专利
发明人：蒋红兵,郭亨长,郭红沧,杨宏,龚旗煌
申请号：CN02131245.1
申请日：20020919
公开号：CN1400479A
公开日：
20030305
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种利用超短激光脉冲制备光栅器件的方法以及实现全息存储的方法。

制备光栅器件的方法是：将超快激光的单脉冲通过分光系统分成两束或多束激光，入射到双光子吸收聚合物材料样品的表面或体内，在时间、空间上重叠，得到干涉条纹；通过调制入射激光所分离出来光束的数目，各束激光之间的夹角、相位和强度等有关参数，可制备出所设计的一维、二维或三维微小周期光栅结构。

实现全息存储的方法是：在光栅器件制备方法中，分光后的一光束通过空间光调制器耦合上信息信号，信息信号光束与参考光束干涉，记录到双光子吸收聚合材料介质上，写入的光栅结构即为带有信息信号的全息光栅，通过控制光栅阵列写入位置可得到高密度多层全息存储。

申请人：北京大学
地址：100871 北京市海淀区颐和园路5号
国籍：CN
代理机构：北京华一君联专利事务所
代理人：余长江
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应用于全息波导的新型耦合光栅衍射特性研究以全息波导头盔显示为代表的新型头盔显示技术,由于其同时利用了全息光学元件的衍射作用以及波导光学元件的全内反射特性,具有体积小、重量轻、衍射效率高等优点,得到了研究人员的广泛关注。

其中,反射体全息光栅由于具有衍射效率高、衍射级次少等特点,成为全息波导头盔显示系统中理想的耦合光学元件。

本文首先利用严格耦合波分析(RCWA)理论,基于MATLAB软件开发了光栅模拟软件的图形用户接口界面,可方便地进行各种光栅的分析设计。

然后基于COMSOL软件,建立了全息波导系统与光栅结构的基于有限元方法(FEM)的仿真模型,通过反射体全息光栅的仿真分析对两种方法进行相互验证,证明了仿真方法的有效性。

接着本文通过对体全息光栅和亚波长二元光栅衍射特性的分析,提出了一种体全息光栅和亚波长二元光栅直接耦合的新型耦合光栅结构,并从理论推导和仿真实验两方面证明了新型耦合光栅获得高衍射效率必须满足波矢匹配关系,即体全息光栅在二元光栅方向的波矢分量与二元光栅的波矢相等。

同时本文通过仿真实验研究了新型耦合光栅中两光栅的相对位置对衍射效率的影响作用,从而发现新型耦合光栅存在衍射级能量的再分配现象,并获得了耦合效应分析的解析表达式。

通过优化几何结构、材料属性等参数,所得单绿色新型耦合光栅相对于优化的普通反射体全息光栅,在TM波和TE波垂直入射时,其主衍射级的衍射效率分别提升了18.5%和4.1%,且杂散光少;同时在偏移布拉格条件入射时,可获得更高的衍射效率,具有更好的视场角。

此外,在新型耦合光栅分析的基础上,建立了全息波导系统的仿真模型,分析了单色全息波导系统的衍射特性。

研究结果表明,对单绿色全息波导系统而言,出入耦合光栅采用新型耦合光栅,TM波和TE波的衍射效率最高可分别提高33%和8.1%。

本文新型耦合光栅衍射特性的分析研究为提高全息波导头盔显示系统的耦合效率提供了一种新的方法,对全息波导头盔显示系统整体成像质量的提高具有重大的意义和价值。

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，环山傍水，给我提供了安静舒适的生活学习环境。

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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。

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L D和非线性长度L NL。

L D和L NL是激光在介质中传播时，脉冲宽度的演变量。

用L D和L NL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。

写一篇超短脉冲的谱线宽度对衍射场时空分布的影响的报告，
600字
超短脉冲衍射场时空分布在光学和物理学上具有重要意义。

这是因为它可以用来了解衍射场的特性并有助于研究多种衍射相关科学应用。

本报告要研究的是超短脉冲（ultrashort pulse）激光照射下，谱线宽度对衍射场时空分布的影响。

射频谱线宽度是衡量超短脉冲激光的参数之一，它可以用来表征激光的脉冲能量，从而影响衍射场的时空分布。

具体来说，谱线宽度越大，衍射场时空分布会有更多的延迟和减弱，这是因为激光噪声会影响衍射场扩散。

此外，谱线宽度也会影响激光束的焦点，当谱线宽度增大时，激光束的焦点会逐渐变得模糊，从而影响衍射场的时空分布。

随着激光束的谱线宽度的增加，衍射场时空分布会受到显著影响。

在椭圆型衍射区中，增加谱线宽度时，衍射强度的变化会更加剧烈。

此外，增加谱线宽度也会使椭圆型衍射区的高度（半径）减小，衍射率也会减小。

在利用衍射场进行光学成像时，增加谱线宽度会导致图像质量的降低。

这是因为，随着谱线宽度的增加，激光束的焦点变得更加模糊，衍射率也变得更低，从而导致图像的模糊度增加，影响图像的精细信息。

综上所述，谱线宽度对衍射场时空分布有重要的影响。

当谱线宽度增加时，衍射强度会受到负面影响，激光束的焦点会变得模糊，衍射率也会降低，从而导致图像质量下降。

正交读出方式体全息光栅通信波长衍射特性郑小丹;刘东;陶世荃;王大勇【摘要】为了寻求高质量和高密度的密集波分复用器件,采用了在双掺铟铁的铌酸锂晶体中透射式记录/正交式读出方案制作体全息光栅的方法,对体全息光栅衍射特性进行理论分析和实验验证.利用波长为532nm的激光记录尺寸比为1:1的体全息光栅,然后用中心波长为1550nm的红外通讯波长成功读出,取得了波长选择性为0.5nm的波长衍射特性数据.同时,利用2维耦合波理论的闭形式解析解得到了该体全息光栅衍射效率随波长的变化关系.结果表明,实验结果与理论预期相符合,这一方法对制作体全息光栅密集波分复用器件的实用化是有帮助的.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2009(033)002【总页数】4页(P113-116)【关键词】全息;波长选择性;密集波分复用;透射式纪录/正交式读出方案;2维耦合波理论【作者】郑小丹;刘东;陶世荃;王大勇【作者单位】北京工业大学,应用数理学院,北京,100124;北京工业大学,应用数理学院,北京,100124;北京工业大学,应用数理学院,北京,100124;北京工业大学,应用数理学院,北京,100124【正文语种】中文【中图分类】O438引言目前波分复用器件在光通信系统和光纤传感系统中对于增强系统传输容量和应用灵活性正起着越来越重要的作用。

例如，马赫-曾德尔干涉仪、阵列波导光栅、平面光谱仪、方向耦合器等波分复用器件在光纤到户应用、光纤连接耦合、激光光源和探测器的兼容性等方面具有明显的优越性。

波分复用器件要求通道数目多、插入损耗低、波长选择性好和分光作用强。

由于布喇格光栅器件(包括体全息光栅波分复用器件)具有高的波长选择性、高的角度选择性和高的衍射效率，最近几年受到相当多的研究关注[1-10]。

国内关于体全息光栅波分复用器件的研究较少，尤其是针对第3通信窗口(1510nm～1600nm)实际应用波段的研究还很少报道。

在现有记录条件下，通常记录体全息光栅的波长(如532nm,633nm等)和红外通信波段(中心波长为1550nm)相差较大，一般难以满足布喇格衍射条件，或者记录装置十分复杂。

目录1 基本原理 (1)1.1 体光栅的理论分析 (1)1.2 Kogelnk 耦合波理论 (1)2 建立模型描述 (2)2.1 反射型体全息光栅模型 (2)2.2 修正的耦合波理论 (6)3 仿真结果及分析 (8)4 调试过程及结论 (15)5 心得体会 (15)6 思考题 (16)7 参考文献 (16)8 附录 (17)8.1 (不同脉冲宽度)入射光强度-波长频谱源代码 (17)8.2 (不同光栅厚度)衍射光强度-波长频谱源代码 (18)8.3 (不同光栅周期)衍射光强度-波长频谱源代码 (20)8.4 (不同脉冲宽度)衍射光强度-波长频谱源代码 (23)8.5 (不同光栅周期)衍射效率-波长频谱源代码 (25)8.6 (不同光栅周期)衍射效率-光栅厚度频谱源代码 (26)8.7 (不同光栅厚度)衍射效率-波长频谱源代码 (27)超短脉冲经反射型体光栅后的光束传输特性分析1 基本原理1.1 体光栅的理论分析当物光和参考光发生干涉，记录介质的厚度是条纹间距的若干倍时，则在记录介质体内将记录下干涉条纹的空间三维分布，这样便形成了体全息，或称体光栅。

当记录介质厚度小于干涉条纹间隔时，将得到平面全息或薄全息。

现引入一个相对厚度参数Q来区别厚光栅还是一个薄光栅：Q=2πdλ0（1）Λ2n其中λ0是再现光波在真空中的波长，n 是记录介质平均折射率，d 是光栅厚度，Λ是光栅周期。

当Q>10 时认为该光栅是"厚"光栅，Q<10时为"薄"光栅。

根据记录过程中物光束和参考光束之间的相对位置，体光栅可分为透射体光栅和反射体光栅。

当物光与参考光来自介质同一侧时，形成透射型体光栅；而当物光与参考光从记录介质的两侧入射时，所记录的为反射型体光栅。

1.2 Kogelnk 耦合波理论对体全息光栅衍射特性的研究，目前广泛采用的研究方法是Kogelnk在1969年提出的耦合波理论，主要是用来分析单色平面波入射到体光栅后的衍射特性，Kogelnk 耦合波理论基本思想从波动方程出发，根据记录介质的电学和光学常量，推导并求解了体光栅的耦合波方程组，从而求得衍射和透射光场，进一步得到体光栅的衍射效率及其布拉格选择性条件。

一种较理想的获得超短脉冲的光源
胡艳萍;何慧娟
【期刊名称】《量子电子学报》
【年(卷),期】1987(0)4
【摘要】本文着重介绍腔外压缩脉冲的原理,即利用光纤的自位相调制和色散效应对光脉冲进行线性调频,得到Chip脉冲。

然后用光栅对的色散效应对Chip脉冲进行压缩。

锁模YAG激光器的输出脉冲约40ns左右,我们从理论上采用了Fisher和Bi-
【总页数】1页(P375-375)
【关键词】超短脉冲;光栅对;电磁脉冲
【作者】胡艳萍;何慧娟
【作者单位】上海光机所
【正文语种】中文
【中图分类】TN2
【相关文献】
1.利用超短的紫外光源来增强阿秒脉冲的强度 [J], 冯立强;刘航
2.超短脉冲抽运下频率一致纠缠光源量子特性实验研究* [J],
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天津大学博士学位论文光通信波段超短光脉冲产生技术的理论及实验研究姓名：***申请学位级别：博士专业：物理电子学指导教师：***20030501摘要摘要开发光纤传输信息容量的潜力，提高光纤的利用率，一直是光通信技术研究的主题。

４０Ｇｂ／ｓ系统的实验成功，使提高单信道速率成为目前研究的热点之一，加以Ｐ．Ｚ码传输技术的潜在优势和实用化趋势，对系统发送与接收模块提出了新的挑战。

本文主要围绕光纤通信系统中的光源技术，对主被动锁模光纤激光器、电吸收调制技术、光脉冲压缩、超连续光谱产生技术进行了理论及实验研究，具体的研究工作成果如下：一、主被动锁模光纤激光器１．分析了色散非平衡光纤环形镜（ＤＩ－ＮＯＬＭ）的非线性开关特性及入射脉冲功率、脉宽对透射率和透射脉冲形状的影响；２．对ＤＩ．ＮＯＬＭ用于光纤锁模激光器的工作状态进行了分析，首次对采用ＤＩ．ＮＯＬＭ的锁模光纤激光器进行了实验，实现了主被动锁模运转。

发现，当ＤＩ－ＮＯＬＭ偏置在加成脉冲锁模（ＡＰＭ）状态时，主被动锁模输出脉冲明显窄化，得到了１０ＧＨｚ、５．４５ｐｓ的脉冲序列，但不易稳定：而当ＤＩ－ＮＯＬＭ偏置在加成脉冲限制锁模（ＡＰＬ）状态时，ＤＩ－ＮＯＬＭ的非线性损耗特性能够有效的降低锁模脉冲的幅值起伏。

二、皮秒脉冲电吸收调制激光器（ＥＭＬ）１．从电吸收调制器的数学模型出发，分析了反向偏置电压和调制指数对于脉冲的脉宽和消光比的影响，分析了ＥＭＬ产生啁啾的原因及驱动条件影响，综合脉冲时域及频域两个方面因素，对驱动参数进行了优化。

２．对电吸收调制激光器产生光脉冲进行了实验研究及分析，得到了２１．４ｐｓ的光脉冲；并与铌酸锂调制器产生的光脉冲进行了比较。

３．研制了一台电吸收调制激光器驱动电源，工作安全、稳定，温控精度达到了±０．０３℃。

三、光脉冲压缩１．通过数值计算非线性薛定谔方程，模拟了光脉冲在ＤＳＦ＋ＳＭＦ全光纤啁啾一色教脉冲压缩器中的演变过程，分析了光纤长度、输入脉冲功率、损耗及三阶色散等因素对压缩质量的影响，为优化设计ＤＳＦ＋ＳＭＦ啁啾一色散脉冲压缩器提供了理论指导。