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摘要：超短激光具有时间宽度短、光谱含量丰富、光脉冲峰值功率高的特点。由于工业生产对具有一定波长的超短脉冲光纤激光器的需求日益增大，对超短脉冲激光器的研究已十分必要。本课题简述双通结构光栅压缩器的基本结构和光学原理，利用闪耀光栅对来实现对半导体激光器输出脉冲进行脉宽压缩，从而输出超短脉冲，实现对光能的高效利用。37363
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毕业论文关键词：闪耀光栅 双通结构 脉宽压缩 超短脉冲
The Design and Improvement on the Laser PulseWidthCompression with Blazing Double-Grating
Abstract：The ultra-short laser has the features of short time width,abundant Spectrum andhigh-power on the pulse peak.Due to the rising demand on the compression on the ultra-shortlaser pulse width in industry, whose wavelength is especial, it is necessary to make research onthe compression on the ultra-short laser pulse. The project is to summarize the basic structureand optic theory about the grating compression with double structure, use the blazingdouble-grating to make compression on the LD,making the ultra-short laser pulse and using theoptic energy adequately.
Keywords: blazing grating double-structure compression ultra- short pulse
目录
1.绪论.1
2、脉宽压缩的方式...2
2.1 棱镜压缩...2
2.1.1 单棱镜3
2.1.2 棱镜对4
2.2.光纤压缩..5
2.2.1 光纤色散...5
2.2.2 单模光纤6
2.3.光栅压缩..8
2.3.1 透射光栅8
2.3.2 闪耀光栅9
2.3.3 闪耀光栅的原理..10
2.3.4 透射光栅和闪耀光栅的区别..11
3.光栅压缩器...12
3.1 压缩器.12
3.2 双通结构压缩器.12
3.3 光栅对.13
3.4 光栅对的色散补偿.15
3.5 光栅对的不足和解决.18
4.结论、致谢...19
参考文献...20
1.绪论1917，爱因斯坦从理论上介绍了“受激辐射”的概念，在物质的原子能级上，有数目不一的的粒子（电子）分布在各个能级上，当高能级E2的粒子被频率为 hE E 1 2 的光子照射时，会跃迁到 1 E 能级，此时会产生出两个与入射光子完全相同的光子，即相同的频率，相同的相位，相同的偏振态和相同的传播方向。入射一个光子，出射两个光子，意着信号被放大了。这类在受激辐射过程当中产生的，并且被放大的光，称作激光。激光，Laser，是受激辐射的光放大，其英文全称是 Light Amplification by StimulatedEmission of Radiation。
1953 年，美国物理学家Charles Townes 用微波实现了激光器的前身，微波受激发射放大（英文首字母缩写 maser） 。1957 年，Townes 的博士生Gordon Gould 创造了“laser”这个单词，从理论上指出可以用光激发原子，产生一束相干光束。直到 1960 年，美国科学家梅曼博士发明了波长是694.3nm的红宝石激光器。这是人类历史上获得的第一台激光器。激光具有方向性好、亮度高、单色性好和高能量密度等特点。在理论基础完备和科研生产迫切需要的背景下，激光应运而生的。它一问世，就获得了异乎寻常的飞快发展，激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生，而且致使一门崭新的新兴产业的出现。超短激光加工技术，在生产生活中被广泛运用，它是以激光与物质相互作用的原理为基础，对包括金属与非金属的特殊的材料，进行焊接、切割、表面处理、打孔，还有作为光源，辨别特定的物体的一门新型高科技技术，应用最大的传统领域应属激光加工技术。在 3D 打印、通信行业、汽车行业、计算机行业、电气自动化行业、医疗行业、航天事业等都发挥了重要的角色，激光技术在生产实际生活中发挥的淋漓尽致，大放光芒。尤其是在军工事业上，激光武器早已被各国所重视，如今激光产业的发展水平已经成为衡量一个国家工业发展水平的一个非常重要的指标。在激光脉宽压缩的发展历史上，常用的脉宽压缩方式有三种，分别是利用棱镜、光纤和光栅来进行激光脉冲宽度的压缩。在使用棱镜压缩脉冲的过程中，又分为单棱镜和棱镜对两种方式， 这两种实验器材与结构不同的方式， 产生的脉宽压缩的效果截然不同。在光纤压缩脉冲过程中，存在色度色散、偏振模色散、波导色散等，他们对单模光纤和多模光纤的影响各不相同。在光栅压缩脉冲使用过程中，又分为透射光栅和闪耀光栅，两种光栅有着截然不同的物理结构与工作原理， 在压缩脉冲宽度时， 通常使用闪耀光栅。由于棱镜本身的局限性导致谐振腔与实验器材很难被缩小以便轻巧，光纤存在各种色散，致使科学工作者寻找其他更好的分光元件，对具有优异的分光性能的光栅的研究被逐渐开展并被广泛运用。本文阐述的是半导体激光器发出的光脉冲在通过光纤后有色散发生，进而在腔外使用光栅对来进行色散补偿。色散补偿是指半导体激光器输出的激光有一定的脉宽，当这束光从光纤输出后，脉宽增加，信号失真，而光栅对则是可以“压缩”脉宽，使失真的信号尽可能恢复到之前输入的信号的现象。光纤的功能是通过能够产生线性啁啾的正常群速度色散（Group-VelocityDispersion,GVD）和脉冲本身能够产生非线性啁啾的相位调制作用(Self-PhaseModulation,SPM）的联合效应，使脉冲光束产生相似的线性的正啁啾。GVD 指的是光脉冲的包络以群速度移动。SPM 指的是在光纤中传输时，光场本身感应的相移。光栅对则是产生反常 GVD 来压缩正啁啾脉冲光束[1]。本次光栅对脉宽压缩系统优化与设计，所使用的是掺镱（YB）半导体激光器，输出波长设定为为 1040nm，输出功率设定为218.7mW，LD 的输入电流是 1011.5mA，泵浦功率是520W， 1μｍ的复色散光纤。 每毫米1200条刻线， 闪耀波长是750nm， 闪耀角是36052，规格尺寸是 25*25*6mm的 GR25-1210’闪耀光栅。