超短脉冲放大系统啁啾脉冲传输特性研究

【摘要】：啁啾脉冲在超短脉冲放大系统传输过程中,除自身能量得到放大外,还会受到增益窄化、增益饱和、自相位调制以及色散等效应的影响,使输出脉冲的波形和频谱产生畸变,进而严重影响脉冲的有效放大、压缩及光束质量。为了尽可能地避免上述不利因素的影响,有必要对CPA系统中啁啾脉冲的传输和放大特性进行计算模拟,对超短脉冲放大系统中光传输的逆问题进行研究,从而为超短脉冲放大系统的优化设计提供理论参考。 本文主要对超短脉冲放大系统中啁啾脉冲的传输和放大特性进行理论研究, 主要内容包括: 1、从经典的麦克斯韦方程组出发,推导出研究啁啾脉冲传输放大的理论模型—非线性薛定谔方程,介绍了分步傅立叶方法的原理,利用脉冲的非线性薛定谔方程和分步傅立叶方法对啁啾脉冲传输中的群速度色散、自相位调制、增益窄化和增益饱和等效应进行了计算模拟和分析讨论。 2、针对钕玻璃和钛宝石介质的特点,详细分析了钕玻璃和钛宝石放大介质对啁啾脉冲传输和放大特性的影响。 3、采用均方根梯度表征的随机位相屏来描述光束的低频位相噪声,用随机位相扰动来描述中、高频位相噪声,建立了合理的波前位相畸变模型。从非线性薛定谔方程出发,运用分步傅立叶方法,详细讨论了波前位相畸变对啁啾脉冲时空特性的影响。 4、利用非线性薛定谔方程,运用分步傅立叶方法和数值迭代法对啁啾脉冲的逆问题进行了理论分析和数值模拟。重点分析了增益窄化和增益饱和效应对逆算结果的影响。研究结果可为超短脉冲的整形提供理论参考。