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超短激光脉冲的时域整形与调制算法研究

何润  
【摘要】:近年来,随着皮秒、飞秒量级超短激光脉冲的飞速发展,它的应用潜力也越发显现。人们总是希望获得更短的脉冲,但是通过压缩获得的超短脉冲往往有很宽的基座,而且实际应用中,不仅需要有超短的脉冲,对脉冲的形状也有特定要求,因此超短激光脉冲整形技术也随之迅速的发展起来。超短激光脉冲整形技术可以广泛的应用于光纤光学、生物学、飞秒放大器的相位控制、带通滤波、量子相干控制以及非线性光学等领域,因此这项技术越来越受到人们的重视。 在超短激光脉冲整形方法中,傅里叶变换脉冲整形法是最普遍使用的方法,它的基本思想是源于线性、时不变滤波的理论,基本的实验装置就是4-f系统。4-f系统是由一对衍射光栅和透镜,以及一个脉冲整形模板组成。通过衍射光栅和棱镜把入射的脉冲从时域变换频域,在频域进行脉冲整形,然后再变换回时域,最终得到整形后输出脉冲。超短激光脉冲整形技术的控制策略分为开环控制策略和闭环控制策略。对于开环控制策略,最主要的是模板函数的设计,本文通过数值模拟给出了模板函数的设计方案,模拟了在开环控制策略下,脉冲整形的过程。给出了对输入脉冲添加几种典型的模板而得到的输出脉冲的时域波形以及给定几种典型的预输出波形而需要对输入脉冲添加的模板函数。对于闭环控制策略,需要用到可编程的脉冲整形器并编写脉冲整形器的控制算法,常用的控制算法有模拟退火算法和基因遗传算法,这2种控制算法在理论模拟和实验中都已经得到了很好的应用,本文利用了基因遗传算法模拟了色散补偿的过程。同时,本文还编写了另一种控制算法——粒子群算法,并利用这种算法也模拟了色散补偿的实验,把色散的脉冲的脉宽压缩到了接近傅里叶变换极限,这说明粒子群算法也可以作为超短激光脉冲整形实验的控制算法,在闭环控制策略下进行色散补偿。


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