采用液晶空间光调制器抑制啁啾脉冲放大中的光谱窄化效应.pdf

采用液晶空间光调制器抑制啁啾脉冲放 大中的光谱窄化效应 陈盛华1’ 张志刚1’2’邢岐荣1’王清月1’ 1’(天津大学精密仪器与光电子-r程学院超快激光研究室，光电信息技术科学教育部重 点实验室，天津300072) 2’(j卜京大学信息科学与桔术学院．量子电子学研窑所．j卜寅100871) 摘要：飞秒激光啁啾脉冲放大技术是产生超短、超强激光脉冲的重要手段，但是由于 放大系统的增益很高，放大过程中的光谱窄化现象严重制约着获得小于30飞秒的激光 脉冲。首先分析了啁啾脉冲放大系统中的光谱窄化效应，讨论了抑制光谱窄化效应的 有效方法，提出了采用液晶空间光调制器振幅整形的方法控制种子脉冲的光谱形状， 使其中心波长处的光强弱于两侧的光强，光谱呈马鞍状，从而抑制脉冲经过放大器时 的光谱窄化效应。实验中液晶空间光调制器放在4f系统中，通过控制每个像素上的电 压，进行振幅调制，可获得所须任意光谱形状，这对抑制放大系统的光谱窄化效应具 有重要作用。 关键词：光谱整形，增益窄化，啁啾脉冲放大，液晶空间光调制器 l引言 飞秒激光啁啾脉冲放大技术是超短超强激光脉冲产生的重要手段。首先利用脉冲 展宽器将飞秒激光脉冲展宽，然后送入放大器中进行放大，被放大的啁啾激光脉冲输 入到与展宽器具有相反色散特性的脉冲压缩器中压缩为飞秒脉冲，从而获得高峰值功 率的飞秒激光脉冲。然而由于放大系统的增益很高，放大过程中的光谱窄化效应严重 制约着获得短脉冲。为了获得更窄的放大飞秒脉冲，就必须采用相应的技术手段，有 效地抑制光谱窄化效应。过去人们常用被动的整形方法来实现‘¨，但是需要对整形元 432 件进行特殊的设计：当实验条件改变时，需要更换新的元件。此外，还必须对光路进 行精细的调节．也有人采用声光调制器进行脉冲整形【2_l，但是声光调制器通常可调带 宽较窄。液晶空间光调制器作为一种可编程的电压控制器件‘41，在对脉冲进行整形时， 对任意改变的输入脉冲，不需要移动光路部分，只需通过程序改变加在液晶空间光调 制器各个像素上的电压，就可获得所需的整形脉冲，简单方便，液晶空间光调制器可 调光谱范围很宽，其缺点是液晶空间光调制器通常应用于4f系统中，系统中光栅的使 用，使系统的能量损耗较大。但将其应用于放大系统前，由于对饱和的放大系统来说， 输出脉冲能量并不强烈依赖于入射脉冲的能量，所以对放大系统的输出能量影响不大。 本文分析了啁啾脉冲放大系统中的光谱窄化效应，讨论了抑制光谱窄化效应的有 效方法，介绍了液晶空间光调制的脉冲整形的原理，并给出了用液晶空间光调制器对 激光器输出的放大种子脉冲进行振幅整形得到的马鞍形光谱，这对抑制放大系统的增 益窄化效应具有重要作用。 2飞秒激光放大器光谱展宽理论分析 在啁啾脉冲放大过程中，放大后的飞秒激光光谱可表示为： ，刎(国)=Im(∞)G“(∞)【l—B(国)】” (1) 谱特性。n为光脉冲在放大系统中的往返次数。如果不采取特殊的措施，L(co)、G(co) 和B@)都为钟形光谱特性，放大器便表现出严重的光谱窄化效应11J．由公式(1)可 以看出，适当控制种子脉冲L(co)的光谱形状，设法使种子脉冲中心波长处的光强弱 于两侧的光强，使其光谱呈马鞍形状，或在放大器中插入具有特定光谱形状的损耗元 件，使B@)的中心波长处损耗大于两边的损耗，两种途径都能均衡放大系统的光谱净 增益，从而达到抑制脉冲经过放大时的光谱窄化效应。此外，调节种子光谱中心波长 433 与增益介质中心波长有一合适偏移量，也能展宽光谱。实验中我们采用液晶空间光调 制器对放大系统的振荡级进行振幅整形，使之输出具有指定马鞍型光谱特性的飞秒种 子脉冲。 3液晶空间光调制器工作原理 液晶空间光调制器的结构如图l所示。液晶夹在两块特制的玻璃板之间，每一块 上面都贴有一层薄的、透明的铟锡氧化物(ITo)导电膜，其中一块是连续的，作为负 极；另一块则被分为等间隔排列的，分立的电极(或称为像素)，作为正极。向列形液 晶是长棒分子结构，当没有施加电场时，液晶分子的指向矢方向(即分子的长轴方向) 指向X方向。当在Z方向施加电场时，液晶分子的指向矢发生偏转，引起X方向偏振 光的折射率改变，从而对入射光进行调制。