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简述啁啾脉冲放大过程
啁啾脉冲放大( chirped pulse放大)是一种基于相对论效应的放大器技术,常用于放大高能量、高频率的脉冲信号。
该技术的基本思想是将高速移动的粒子(例如电子)与接收器中的激光脉冲进行相互作用,从而将能量转化为功率,使得
放大倍数得以提高。
啁啾脉冲放大的过程如下:
1. 粒子通过高速运动的空间隧道,与接收器中的激光脉冲相遇。
2. 粒子受到相对论效应的影响,其能量发生膨胀,同时其速度发生减慢,使
得粒子与激光脉冲之间形成压缩的时空结构。
3. 压缩的时空结构会产生啁啾脉冲,其能量与粒子的能量相等,但频率比激光脉冲的频率低。
4. 啁啾脉冲被接收器中的探测器探测到,并转化为功率输出,从而实现放大。
啁啾脉冲放大的优点是具有高能量密度、高增益、低噪声等优点,同时具有空间分辨率高、抗电磁干扰等特点。
该技术可以应用于各种领域,例如激光通信、精密测量、高能物理实验等。
除了相对论效应外,啁啾脉冲放大还受到其他因素的影响,例如粒子的偏振、空间隧道的曲率等。
为了进一步提高放大倍数,需要对这些因素进行控制和优化。
啁啾脉冲放大是一种具有广泛应用前景的放大器技术,其独特的思想和方法为各种领域的信号放大提供了新的思路和选择。
第17卷 第10期强激光与粒子束Vol.17,No.10 2005年10月H I GH P OW ER LASER AND P ARTI CLE BEAMS Oct.,2005 文章编号: 100124322(2005)1021484205啁啾光脉冲的振幅调制和相位扰动对压缩光脉冲的影响3马再如1, 冯国英1, 朱启华2, 陈建国1(1.四川大学电子信息学院,四川成都610064; 2.中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳621900) 摘 要: 通过采用分步傅里叶变换法求解非线性薛定谔方程,模拟了啁啾光脉冲有振幅调制和相位扰动下的自相位调制(SP M)对压缩光脉冲对比度和预脉冲宽度的影响。
结果表明:啁啾光脉冲的振幅调制深度和相位扰动深度越大,则压缩后的光脉冲对比度越小;啁啾光脉冲的振幅调制周期和相位扰动周期越小,则压缩光脉冲的预脉冲宽度越大。
关键词: 振幅调制; 相位扰动; 自相位调制; 压缩光脉冲 中图分类号: T N24 文献标识码: A 啁啾脉冲放大(CP A)技术[1]的提出及其演示的成功,极大地推动了高峰值功率激光器的发展。
目前,该类激光系统的输出功率达到了P W量级,其聚焦的功率密度更是达到了1020～21W/c m[2,3],为高能量密度物理实验、高次谐波产生和I CF等领域的研究提供了强有力的工具[4]。
而在这些实验中,对激光脉冲的时间波形有较严格的要求。
实验研究表明,在高功率激光与物质相互作用中,若激光的功率密度达到1011～12W/c m2,就会有等离子体的产生[5,6],从而破坏更高功率密度的主脉冲激光与物质的作用初始条件,给实验分析带来困难。
对于CP A系统而言,光脉冲的聚焦功率密度可达1018～1019W/c m2。
常常用对比度来描述主脉冲的峰值功率与预脉冲(光脉冲的前沿达到产生等离子体的阈值强度)的功率之比,实验的光脉冲的对比度很高,为107～8,同时,对预脉冲宽度(预脉冲和主脉冲的时间间隔)不能超过几p s。
谈2018年诺奖中的啁啾脉冲放大技术2018年诺贝尔物理学奖除给了光镊发明者Arthur Ashkin，另一部分给了啁啾脉冲放大技术（CPA）的发明者Mourou先生和他的学生Strickland教授。
既出人意料，也在意料之中。
飞秒激光脉冲的放大，在很长时间内是令人头痛的问题。
主要问题是，极短的脉冲不利于吸收放大介质中的能量，和高峰值功率极易破坏放大器中的光学元器件。
对后者，简单的解决方法是，将脉冲的光束截面扩大，以减少单位面积内的脉冲能量和功率。
可是，面积的扩大可能会带来泵浦能量密度的减少，更不利于吸收增益介质储存的能量。
而且，光束面积的扩大是有限的。
Mourou先生及其学生Strickland，联想到雷达放大技术。
雷达脉冲放大，就是利用雷达脉冲的宽带频谱，把雷达脉冲调制为频域的啁啾（类似鸟的叫声），在时域就是脉冲的展宽，再放大，以避免高峰值功率破坏的。
能不能把这个技术移植到激光脉冲放大呢？因为飞秒激光脉冲本身也对应着非常宽的光谱。
利用色散技术（不同的波长速度不同），将脉冲在时域展宽，然后再放大，不就既能避免放大中的光学损伤，又能更有效地获取增益了吗？接下来的问题是，介质材料的色散实在太小，有限长度内展宽不了多少。
所幸的是，时间已至1980年代中期，光纤技术已经成熟。
用光纤啊！于是，他们就用几公里的光纤，把脉冲展宽到了几百皮秒。
后面的放大就顺理成章了。
因为是利用频率的啁啾将脉冲展宽再放大的，这种技术就被命名为啁啾脉冲放大技术（chirped pulse amplification，CPA）。
放大后，脉冲再压缩原来的宽度。
但是发现，因为高阶色散的失配，光纤展宽后的脉冲再压缩并非完美。
直到光栅脉冲展宽器发明，光纤脉冲展宽器才被淘汰（当然有的场合还在用），脉冲压缩才逐渐完美。
这是后话了。
这个发明可不得了。
飞秒脉冲的峰值功率从原来的千瓦级，一下子就蹿升到了兆瓦（106W），到太瓦（10^12W），直到现在的拍瓦（1015W）【见下图】。
激光啁啾效应1. 什么是激光啁啾效应？激光啁啾效应（Laser Chirping Effect）是指激光器输出的光脉冲在时间上的变化，即脉冲的频率和幅度随时间发生变化的现象。
通常情况下，激光器输出的脉冲应该是稳定的，然而在一些特殊情况下，激光器的输出会出现啁啾现象。
2. 啁啾效应的原理激光器的啁啾效应主要是由于非线性光学效应引起的。
在激光器内部，光脉冲在介质中传播时会受到介质的非线性折射率的影响。
当光脉冲的强度较高时，光在介质中传播过程中会引起介质的非线性响应，导致折射率发生变化。
这种折射率的变化会影响光脉冲的传播速度，进而导致脉冲的频率和幅度发生变化，形成啁啾效应。
3. 啁啾效应的影响激光器的啁啾效应对于一些应用是十分不利的。
首先，啁啾效应会导致激光脉冲的频率发生变化，这对于需要稳定频率的应用来说是不可接受的。
例如，在激光干涉测量中，啁啾效应会导致测量的精度下降。
其次，啁啾效应还会使激光脉冲的幅度发生变化，这对于需要稳定幅度的应用同样是不利的。
例如，在激光雷达中，啁啾效应会导致目标的距离和速度测量的误差增大。
4. 减小啁啾效应的方法为了减小或消除激光器的啁啾效应，可以采取以下方法：•优化激光器的设计。
通过改变激光器的结构和参数，可以降低非线性效应的影响，从而减小啁啾效应。
•使用抵消器件。
通过在激光器输出端添加特定的光学元件，可以抵消啁啾效应引起的频率和幅度的变化，从而实现稳定的输出。
•使用反馈控制。
通过对激光器输出的信号进行实时监测和反馈控制，可以及时调节激光器的工作状态，从而减小啁啾效应。
5. 应用领域激光啁啾效应在许多领域都有重要的应用。
例如：•激光干涉测量。
在激光干涉测量中，啁啾效应会影响测量的精度，因此需要采取相应的措施来减小啁啾效应，提高测量的精度。
•激光雷达。
在激光雷达中，啁啾效应会导致距离和速度的测量误差增大，因此需要对激光器进行优化，减小啁啾效应，提高测量的准确性。
•激光医疗。
啁啾激光脉冲放大技术原理引言：随着科技的不断发展，激光技术在各个领域中得到了广泛的应用。
而其中的一项重要技术，就是啁啾激光脉冲放大技术。
本文将围绕此技术的原理展开阐述，旨在为读者提供更深入的了解。
一、激光脉冲放大技术概述激光脉冲放大技术是一种利用激光器对脉冲信号进行放大的技术，广泛应用于高能物理实验、激光雷达、激光医疗等领域。
而啁啾激光脉冲放大技术则是在传统激光脉冲放大技术的基础上进行改进和优化的一种技术。
二、啁啾激光脉冲放大技术原理啁啾激光脉冲放大技术的原理可以简单概括为以下几个环节：脉冲生成、脉冲放大和脉冲压缩。
1. 脉冲生成啁啾激光脉冲放大技术的第一步是生成脉冲。
通常采用的方法是通过模式锁定激光器产生超短脉冲。
模式锁定是一种通过调整激光器内部的光学元件，使其产生特定的模式来实现脉冲的方法。
2. 脉冲放大在脉冲生成后，需要对脉冲进行放大以增强其能量。
啁啾激光脉冲放大技术采用了一种特殊的放大器，即所谓的“啁啾放大器”。
啁啾放大器的特点是能够将传入的脉冲进行放大，并保持其原有的啁啾特性。
啁啾放大器的工作原理是利用一种称为“自相位调制”的技术。
通过在放大器中引入控制信号，调节放大器的折射率，从而实现对脉冲的放大。
同时，通过在放大器中引入特定的谐振腔结构，可以增强脉冲的激光场强度，进一步提高放大效果。
3. 脉冲压缩在脉冲放大完成后，为了进一步提高脉冲的功率和能量密度，需要对脉冲进行压缩。
啁啾激光脉冲放大技术通常采用非线性光学晶体或光纤等器件来实现脉冲的压缩。
脉冲压缩的原理是利用非线性效应，在光学晶体或光纤中产生高阶谐波，从而使脉冲的频谱发生变化，实现脉冲的压缩。
通过适当设计压缩器的结构和材料，可以实现对脉冲的高效压缩，从而得到更高功率和更短脉冲宽度的激光。
三、啁啾激光脉冲放大技术的优势啁啾激光脉冲放大技术相对于传统的激光脉冲放大技术具有以下几个优势：1. 高能量：啁啾放大器可以有效地将传入的脉冲进行放大，从而实现高能量输出。
啁啾脉冲放大过程啁啾脉冲放大过程，指的是通过放大器对啁啾脉冲进行放大的一种技术过程。
啁啾脉冲是一种时间上稳定的脉冲信号，一般用于激光器中的腔补偿、光纤通信等领域。
在这个过程中，放大器通常以线性放大的方式将啁啾脉冲的幅度进行放大，而不改变脉冲的时间特性。
啁啾脉冲放大过程的关键是选择合适的放大器，并进行适当的配置。
通常情况下，放大器会采用光纤放大器或半导体放大器，这些放大器具有较高的增益和较低的噪声特性，能够有效地放大啁啾脉冲信号。
在放大器的选择上，需要注意的是放大器的带宽要足够宽，以便能够传输啁啾脉冲中的高频分量。
此外，放大器的线性范围也需要符合需求，以避免非线性失真对脉冲信号造成的影响。
在配置放大器时，需要将放大器的输入端与信号源（通常是激光器）连接起来，将输出端与需要接收啁啾脉冲信号的设备连接起来。
同时，需要根据需求调整放大器的增益、工作模式等参数，以确保放大器能够在满足信号需求的同时保持系统的稳定性。
当输入啁啾脉冲信号经过放大器后，输出信号的幅度会增加，同时保持脉冲的时间特性不变。
放大后的信号可以用来驱动其他设备，如光电探测器、光纤调制器等，以实现数据的传输和处理。
在啁啾脉冲放大过程中，需要注意的是保持信号的幅度和相位稳定性。
幅度稳定性能够保证信号的质量，而相位稳定性则对于保持啁啾脉冲的时间特性非常重要。
因此，在选择和配置放大器时，需要考虑到放大器的稳定性、温度对放大性能的影响等因素，并采取相应的措施进行补偿或调节。
总之，啁啾脉冲放大过程是一种通过放大器对啁啾脉冲进行放大的技术过程。
在这个过程中，需要选择合适的放大器，并进行适当的配置，以确保放大器能够对信号进行高质量的放大，并保持脉冲的时间特性。
该技术广泛应用于激光器、光纤通信等领域，为实现高速、高质量的数据传输提供了重要的技术支持。
复合技术以及空间投影技术，实现了角运动向小目标二维空间运动的转换；运用多媒体定时器技术实现了对电机的内部闭环控制；采用脉冲宽度调制(PW M)技术实现了对电机的速度控制，提高了目标的仿真精度。
小目标的运动速度可以达到l O。
／s，精度d0．1。
／s，归一化标准偏差0．09。
利用该装置实现了实验室内的目标运动闭环跟踪实验研究．目标捕获跟踪系统的跟踪标准偏差为0．2m r ad。
图l O参6(严寒)T N2492006054143圆管中激光激发表面瑞利波极性的有限元分析一A nal ysi s of l as er—i ndu ced sur f ace R a yl e i g h w av e’S pol ari t y i n ho l l o wcyl i nder s by f ini te e l e m e nt m et hod[刊，中]／何跃娟(江南大非线性光学概论学理学院．江苏，无锡(214122))，朱日宏…／／中国激光．一2006，33(6)．一765—769用有限元方法数值模拟了脉冲线源激光作用于厚铝管时产生的温升以及由此温升而产生的表面声波的情况，得到了逆时针向探测点和波源之间角度从9=5。
到妒= 180。
范围内一系列表面法向位移的时域波形，并对相同厚度不同外径的铝管的表面波进行对比。
数值结果表明不考虑衍射效应时，圆管中第一个瑞利波脉冲的极性和试样的尺寸无关．仅和探测点离波源的角度相关。
图3表1参13(严寒)非线性光学04372006054144高斯光束在克尔型非线性介质中的演化特性=Ev ol ut i on f eat ur e of G aus s i an beam pr opagat i ng i n abs or pt i ve K er r m edi um[刊，中]／刘雅洁(嘉兴学院物理教研室．浙江，嘉兴(314001))／／光散射学报．一2006，18(2)．一183-187由光束在克尔型吸收介质中传输的非线性薛定谔方程。
啁啾脉冲放大技术应用
啁啾脉冲放大技术是一种广泛应用于光电领域的先进技术。
它的主要应用包括以下几个方面：
1. 激光脉冲放大：啁啾脉冲放大技术能够将短激光脉冲放大，提高其峰值功率，广泛应用于激光雷达、激光切割、激光焊接等领域。
2. 核物理和粒子物理研究：啁啾脉冲放大技术也可用于研究微观世界，例如制造超高速相机，利用飞秒量级的脉冲对原子和分子进行拍照，以更好地洞察微观世界的秘密。
3. 医学领域：啁啾脉冲放大技术可以用于精确的医疗诊断和治疗。
例如，使用该技术可以精确地对生物物质进行切割和钻孔，也可以用于制造手术支架，扩张和加固人体内血管、尿道和其他通路。
此外，该技术还可以用于制造超强的激光束，用于低成本、高精度的粒子加速。
4. 科研领域：啁啾脉冲放大技术还被用于模拟和研究一些极端条件下的物理现象，例如超强激光场中的电子加速、分子解离等现象。
总的来说，啁啾脉冲放大技术的应用非常广泛，从科研到医疗，从工业生产到军事应用，都有其重要的应用价值。
啁啾脉冲放大器原理
啁啾脉冲放大器是一种特殊的放大器，用于放大短时脉冲信号。
它的原理主要包括以下几个方面：
1. 输入阶段：脉冲信号首先被输入到放大器的输入阶段。
输入阶段通常由一个高速运算放大器和一个控制电路组成。
控制电路可以根据输入信号的特性对放大器进行调节，以获得最佳的放大效果。
2. 直流偏置：为了确保输出信号的直流偏置稳定，放大器通常需要加上一个直流偏置电路。
直流偏置电路会对输入信号加上一个固定的电压偏置，使得输出信号在直流水平上保持一致。
3. 功率放大：在输入阶段之后，脉冲信号会进入功率放大器部分。
功率放大器通常由一个或多个晶体管组成，用于放大信号的幅度。
晶体管会通过控制线性度来确保输出信号的质量。
4. 输出阶段：放大后的脉冲信号将进入输出阶段。
输出阶段通常由一个输出级和一个负载电阻组成。
负载电阻可以调整输出信号的电平以符合要求。
总体来说，啁啾脉冲放大器会对输入的短时脉冲信号进行放大，通过控制电路和功率放大器等部件来确保输出信号的质量和稳定性。
啁啾激光脉冲放大技术原理激光技术作为现代科技领域的一项重要技术，被广泛应用于通信、医学、材料加工等领域。
而啁啾激光脉冲放大技术则是激光技术中的一种重要技术手段，它能够显著增强激光脉冲的能量和峰值功率，从而为激光应用提供更为强大的支撑。
本文将从原理的角度来介绍啁啾激光脉冲放大技术。
啁啾激光脉冲放大技术的原理主要基于光学谐振腔的工作原理。
光学谐振腔是一种能够将激光脉冲进行多次反射和放大的装置，它由两个反射镜构成，形成一个封闭的光学腔。
当激光脉冲经过其中一个反射镜时，会被反射回来，并继续在光学腔中传播。
在光学腔中，激光脉冲会不断进行多次反射和放大，从而实现能量的积累和峰值功率的提高。
在啁啾激光脉冲放大技术中，为了进一步增强激光脉冲的能量和峰值功率，采用了一种特殊的技术手段，即啁啾技术。
啁啾技术是一种通过调制脉冲的相位和频率，使得脉冲能量在光学腔中得到更好的积累的技术。
在啁啾激光脉冲放大技术中，通过对激光脉冲进行啁啾调制，可以有效地增强激光脉冲的能量和峰值功率。
具体来说，啁啾激光脉冲放大技术主要包括以下几个步骤：通过激光器产生一个初始的激光脉冲。
这个激光脉冲可以是连续的，也可以是脉冲的。
接着，将这个初始的激光脉冲输入到光学谐振腔中。
在光学谐振腔中，激光脉冲会进行多次反射和放大，从而实现能量的积累和峰值功率的提高。
然后，在激光脉冲进行多次反射和放大的过程中，采用啁啾技术对激光脉冲进行相位和频率的调制。
通过调制脉冲的相位和频率，可以使得脉冲能量在光学腔中得到更好的积累，从而进一步增强激光脉冲的能量和峰值功率。
经过多次反射和放大后，激光脉冲的能量和峰值功率得到了显著增强。
此时，可以将放大后的激光脉冲输出到外部，用于各种应用领域。
总的来说，啁啾激光脉冲放大技术通过光学谐振腔的多次反射和放大，以及啁啾技术的相位和频率调制，实现了激光脉冲能量和峰值功率的显著增强。
这一技术在激光应用领域具有重要的意义，能够为激光通信、医学诊断和材料加工等领域提供更为强大的支撑。
光栅对刻线失配对啁啾脉冲时间波形的影响苏娟;冯国英;马再如;刘文兵【摘要】为了研究啁啾脉冲在光参量啁啾脉冲放大系统中传输时脉冲变化的情况,采用光线追迹法和4阶龙格-库塔法,得到了压缩器光栅对刻线失配对输出脉冲宽度和时间波形的影响的模拟结果.结果表明,当光栅对刻线失配且夹角约在±4°范围内时,若只考虑2阶色散的影响,初始啁啾导致脉冲宽度略小于无初始啁啾脉冲的宽度.当考虑到3阶、4阶及更高阶色散时,脉冲宽度大于种子脉冲的初始宽度.当入射脉冲具有正啁啾时,出射脉宽随夹角α的增大不断增加,但当具有负啁啾时,脉宽随α的增大先减小后再增大.光栅G2顺时针旋转时的脉宽变化与G2逆时针旋转时脉宽变化相同.另外,初始啁啾对出射脉冲出现的预脉冲、尾脉冲有一定的削弱作用,负啁啾对脉冲展宽和失真的影响明显小于相应的正啁啾.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2009(033)003【总页数】4页(P319-322)【关键词】非线性光学;光参量啁啾脉冲放大;光线追迹法;光栅对;失配;脉冲宽度【作者】苏娟;冯国英;马再如;刘文兵【作者单位】西南石油大学,理学院,南充,637001;四川大学,电子信息学院,成都,610064;西华大学,理化学院,成都,610039;西南技术物理研究所,成都,610041【正文语种】中文【中图分类】O437引言光参量啁啾脉冲放大[1-3](optical parametric chirped pulse amplification，OPCPA)技术是一种获得宽带宽、大能量及高质量的超短脉冲激光的非常有效的技术。
在OPCPA技术中，需先将待放大的飞秒种子光通过展宽器展宽至纳秒或亚纳秒的啁啾脉冲，然后通过光参量放大器进行放大，最后再压缩回飞秒脉冲。
光栅对已成为脉冲展宽压缩、成形技术中的主要元件，并成为OPCPA系统的核心元件之一。
作者利用光线追迹法和4阶龙格-库塔法分析了初始啁啾脉冲在OPCPA系统中展宽、放大、压缩的整个物理过程，并讨论了光栅对刻线失配对脉冲时间波形的影响。
啁啾脉冲放大过程啁啾脉冲放大过程是一种重要的电子技术应用，它能够将脉冲信号的幅度放大，使其在电子设备中发挥更强的作用。
本文将详细介绍啁啾脉冲放大过程的原理、应用和设计注意事项，以及一些相关的发展趋势。
首先，我们来了解一下啁啾脉冲放大的原理。
啁啾脉冲放大是利用非线性元件的特性将输入的低幅度高频脉冲信号转换为输出的高幅度低频脉冲信号的过程。
它的主要原理是利用非线性元件在输入脉冲信号作用下产生啁啾效应，即输入的高频脉冲信号被转化为频率较低的脉冲信号。
而这个过程中，由于非线性元件的放大效果，脉冲信号的幅度也得到了增强。
啁啾脉冲放大的应用非常广泛。
在雷达、通信、医学成像等领域，啁啾脉冲放大器被广泛应用于信号的调制和放大。
在雷达系统中，啁啾脉冲放大器能够将微弱的回波信号放大，提高雷达系统的远程检测能力；在通信系统中，啁啾脉冲放大器能够将信号进行调制和解调，提高信息传输的可靠性和速率；在医学成像中，啁啾脉冲放大器能够放大和调整激光脉冲信号，使其能够在病人的组织中产生足够强的反射信号，实现准确的医学成像。
在设计啁啾脉冲放大器时，需要注意一些关键因素。
首先是选择合适的非线性元件。
常用的非线性元件有二极管、晶体管和放大器等。
不同的非线性元件具有不同的特性，因此需要根据具体的需求选择合适的元件。
其次是确定合适的工作频率和功率。
啁啾脉冲放大器的工作频率和功率必须与被放大的脉冲信号一致，否则会导致信号失真。
最后是通过合适的电路设计和参数调整，保证啁啾脉冲放大器的稳定性和性能。
随着科技的不断发展，啁啾脉冲放大技术也在不断演进和创新。
目前，一些新型的非线性元件和调制技术已经应用于啁啾脉冲放大，使其在高频率、大功率和小体积方面有了更好的表现。
同时，随着5G通信、毫米波雷达等技术的兴起，对啁啾脉冲放大器的需求也越来越大。
因此，未来的发展方向是提高啁啾脉冲放大器的工作频率和功率，同时为其增加更多的功能和应用。
综上所述，啁啾脉冲放大过程是一种重要的电子技术应用，它能够将信号的幅度放大，提高其在电子设备中的应用效果。
第22卷第12期2010年12月强激光与粒子束H I G H PO W E R L A SE R A N D PA R T I C L E B EA M SV01．22。
N o．12D ec．，2010文章编号：10014322(2010)12-2824—05啁啾匹配和同步抖动对光参量啁啾脉冲放大的影响’李现华1，曾曙光1，张彬1，孙年春1，隋展2(1．四川大学电子信息学院，成都610064；2．中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川绵阳621900)摘要：通过研究光参量啁啾脉冲放大过程转换效率随泵浦光啁啾参数的变化，以及信号光和泵浦光波长的对应关系。
确立了信号光和泵浦光同步时实现线性啁啾匹配的方法。
以磷酸二氢钾作为非线性晶体，研究了信号光和泵浦光之间的线性啁啾匹配和时间同步抖动对光参量啁啾脉冲放大后信号光脉冲波形和转换效率的影响。
结果表明：在时间同步的情况下。
线性啁啾匹配时的信号光脉冲波形很对称，转换效率也较高；在同步抖动程度一定的情况下，不同泵浦光啁啾参数时，信号光的增益及放大后的脉冲波形差异较大；在线性啁啾匹配程度一定时，信号光和泵浦光时间同步抖动越严重，放大信号光的脉冲波形变化越大，信号光增益越小，且转换效率也越低。
关键词：啁啾匹配；同步抖动；光参量啁啾脉冲放大；啁啾脉冲}脉冲波形；转换效率中图分类号：0437．4文献标志码：A doi：10．3788／H P L PB20102212．2824近年来，啁啾脉冲放大(C PA)技术使超短超强激光技术产生了革命性的飞跃，极大地促进了高功率超短脉冲激光系统的发展，但因其放大过程中存在增益窄化效应、热效应严重、放大后脉冲信噪比下降、易产生自聚焦等缺点[1吨]，使C PA技术的应用受到一定限制。
以C PA为基础的光学参量啁啾脉冲放大(O PC P A)技术具有增益高、带宽宽、信噪比高、B积分低、热效应小等突出优点口]，是最近发展起来产生超短超强高功率激光脉冲的一种瓶技术。
在O P C PA过程中，只有当泵浦光和信号光同步入射到非线性晶体中，并在满足相位匹配情况下才能使信号光得到有效放大。
然而，在实际的光参量放大(O PA)过程中，信号光和泵浦光脉冲之间总是存在时间同步抖动，因此，人们一般是利用脉宽较宽的泵浦光脉冲去耦合放大脉宽较窄的信号光，以克服0P A 过程中脉冲时间同步抖动对脉冲形状、增益及信噪比等的影响[4]。
对于多级O P C P A的主放大系统，由于系统运转能量较高，须采用能量阈值较高且口径较大的非线性晶体[5]，如磷酸二氢钾(K D P)或氘化磷酸二氢钾(K D’P)。
然而，这类晶体作为O P C P A非线性晶体的最大缺点就是增益带宽很窄[6]，而采用信号光和泵浦光啁啾匹配的方法则可以增大增益带宽[7．8]，从而可克服K D P或K D’P作为O P C PA非线性晶体的缺点。
以前人们着重研究了泵浦光非啁啾时信号光和泵浦光时间同步抖动对脉冲波形、增益等的影响[4]，而对于啁啾匹配时的相关问题研究不多。
本文以K D P晶体为例，通过研究O PC P A过程转换效率随泵浦光啁啾参数的变化以及信号光和泵浦光波长的一一对应关系，确立了信号光和泵浦光同步时实现啁啾匹配的方法。
针对啁啾匹配O P C PA方案，定量分析了啁啾匹配程度和同步抖动程度对光参量啁啾脉冲放大后脉冲波形和转换效率的影响。
l埋论模型在平面波近似及慢变振幅近似下，光参量放大过程可用三波耦合波方程来描述m9]鲁+等等+口l E。
=i案志厨EsexpCO／31(i捌(1)dZ f d2，11f S。
等+警鲁+口2E：=i訾去研Esexp／'／2O(i㈨(2)dz C d2f c s。
胁鲁+警鲁hEs=i案壶CO E1Eze X p(-i△殷)(3)dz f dz竹3f s。
f虫*收稿日期：2009—12—17；修订日期：2010—07—28基金项目：国家高技术发展计划项目作者简介：李现华(1982一)，男，硕士研究生，主要从事超短脉冲传输和放大研究l l hua0306@163．cor n。
通信作者：张彬(1969一)，女．教授，博士生导师。
主要从事激光与光通信研究zhan gbi n f f@s ohu．t om。
第12期李现华等：啁啾匹配和同步抖动对光参量啁啾脉冲放大的影响2825波在非线性介质中传播时的Poynt i ng矢量的走离角；研，E；分别对应E。
，E2的复共轭；f为真空中的光速；2为光的传播方向；de H代表三波作用下晶体的有效非线性系数；△是为三波耦合时的相位失配量，若信号光与泵浦光、闲频光与泵浦光之间的夹角分别为z，Y时，则相位失配量△志可以表示为¨0]A k=k。
一正。
C O S X—ki co sy(4)式中：惫。
，ki，k。
分别为信号光、闲频光与泵浦光的波矢。
由于光参量啁啾脉冲放大过程中的啁啾脉冲宽度通常为几百ps至ns量级，因此，可认为泵浦光和信号光的群速度近似相等。
由于参量放大过程中晶体对光的吸收很少，因此，在数值求解中暂不考虑吸收损耗。
将上述三波耦合方程组做适当的坐标变换化为一阶常微分方程组后，即可采用龙格一库塔法对描述光参量啁啾脉冲放大过程的耦合波方程组进行数值求解。
假设信号光和泵浦光均为线性啁啾脉冲，其初始场分布可分别表示为Es∽：E．oexpf-一生粤f≠n(5) Ep∽一Epoexp[一号(半)细]eXp[一孚(等)2]㈤式中：T。
，T o。
分别表示信号光和泵浦光脉冲在I／e处的半宽度；玎和m为超高斯波形因子；△T为信号光和泵浦光之间的同步抖动；C。
，C p分别为信号光和泵浦光的线性啁啾系数。
E砷，E叩分别为信号光和泵浦光随时间T变化的振幅常数，而E。
(￡)，E。
(￡)分别为信号光和泵浦光随时间T变化的电场。
2数值模拟及分析以上述公式和原理为基础，模拟分析了在共线条件下(z=o)啁啾匹配光参量啁啾脉冲放大的相关问题，重点讨论了啁啾匹配程度和同步抖动程度对光参量啁啾脉冲放大后脉冲波形和转换效率的影响。
在本文的模拟计算中，假设信号光和泵浦光的中心波长分别为800nm和532nm，参量光是通过I类相位匹配方式的K D P晶体进行放大的。
信号光和泵浦光的波形因子分别为咒=1和m=10，即信号光为高斯脉冲，而泵浦光为超高斯脉冲，T0，L。
分别为0．6l'l S和1．4as，信号光和泵浦光对应的初始最大光强分别为6×105W／cm2和5×109W／c m2，信号光啁啾参数C s=7．2×103。
利用上述参数在信号光和泵浦光时间同步的情况下，经计算可得到当晶体长度为1．85cm时信号光达到饱和放大状态。
图1给出了O PC PA过程泵浦光和信号光之间完全啁啾匹配时泵浦光波长随着信号光波长的变化，A。
，A。
分别为信号光与泵浦光的波长。
由图1可以看出，对于任一信号光波长，存在一最佳的泵浦光波长与之对应。
因此，可以根据信号光的波长确定泵浦光的波长，使信号光和泵浦光在各个时刻均满足位相匹配条件，从而使各个时刻的信号光均能得到有效放大。
图2给出了晶体长度d分别为1．60，1．85，2．00c m时信号光转换效率随着泵浦光啁啾参数的变化，c p为泵浦光啁啾参数。
分析图2可知，随着泵浦光啁啾参数的增大，转换效率先增大后减小。
其主要原因是：泵浦光和信号光的啁啾匹配越好，信号光相位失配越小，信号光转换效率越高。
若假设完全啁啾匹配时的泵浦光啁啾参数为C，，由图2可得到相应的C即=2．6×104。
g≮qA-，哪Fi g．1V a ri a t ion of pu m p w avel e ngt h w i t h si g n al w avel e ngt h图1泵浦光波长随信号光波长的变化C们o．Fi g．2V a dat i o n of conve r s i on e ff ic i ency w i t h pu m p pul s e chir ped par am et er s图2信号光转换效率随着泵浦光啁啾参的变化2826强激光与粒子柬第22卷图3给出了饱和放大情况下，C p为0和2．6×104时信号光和泵浦光之间的同步抖动程度对光参量啁啾脉冲放大后信号光脉冲波形的影响。
分析图3可知，在信号光和泵浦光之间同步抖动比较小的情况下，啁啾非匹配时的放大信号光脉冲波形比较对称，且几乎与时间同步时的信号光放大脉冲重合，如图3(a)所示；然而，对于啁啾匹配情况，放大信号光脉冲波形出现了陡峭现象，并且，相对于同步情况，同一时刻的光强也有所降低，如图3(b)所示。
这是因为当泵浦光和信号光同步进入非线性晶体时，泵浦光对信号光的放大是均匀的，它会同步放大信号光脉冲的前沿和后沿。
然而，当泵浦光和信号光不同步时，泵浦光的放大时间窗口发生偏移，对信号光的放大则是不对称的，从而导致输出信号光的脉冲波形也不对称。
特别是对于啁啾匹配情况，存在正的同步抖动时，由于信号光脉冲前沿的一部分不在泵浦光的放大时间窗口内而得不到放大，从而致使出现脉冲波形的陡峭现象。
从图3也可以看出，在信号光和泵浦光之间的同步抖动比较大的情况下，当啁啾匹配时，信号光的脉冲波形畸变比较明显，且各时刻的信号光均得不到有效放大。
其主要原因是：若信号光和泵浦光同步，当啁啾匹配时，信号光和泵浦光在各个时刻均能满足相位匹配条件，从而使信号光脉冲各部分均能得到有效放大；对于信号光和泵浦光不同步的情况，同步抖动将破坏啁啾匹配时信号光和泵浦光之间的相位匹配关系，使得信号光得不到有效放大，这与文献[4]的实验结果保持一致(即时间同步抖动对放大信号光脉冲波形存在明显影响)。
t／ns t i n sFi g．3Ef fect s of s ynchr on i zat i on j i t t e r on pul s e p r o fi l e s aft er O PC P A图3同步抖动对光参量放大后信号光脉冲形状的影响图4给出了饱和放大情况下，△T为0和1．2To时信号光和泵浦光之间的啁啾匹配情况对光参量啁啾脉冲放大后信号光脉冲波形的影响。
分析图4可知，当信号光和泵浦光同步时，信号光脉冲波形的前沿和后沿是对称的，如图4(a)所示；对于不同步情况，放大的信号光脉冲波形则存在明显的不对称现象，如图4(b)所示。
这主要是由于在信号光和泵浦光同步时，信号光的前沿和后沿均能得到均匀放大，而不同步则会导致信号光放大不均匀，从而出现不对称现象。
从图4还可以看出，在信号光和泵浦光同步情况下，啁啾匹配越好，信号光放大越充分，脉冲波形也越对称；在信号光和泵浦光不同步情况下，啁啾匹配越好，脉冲波形不对称现象越厉害，信号光的峰值光强也越小。
