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用于实现高功率超短脉冲源的关键技术

汇报人：

2024-01-22

引言

高功率超短脉冲产生技术

超短脉冲放大技术

超短脉冲传输与整形技术

高功率超短脉冲源的应用与前景

总结与展望

contents

目

录

01

引言

高功率超短脉冲源在科研、工业、医疗等领域具有广泛应用，如粒子加速、超快光学、生物医学成像等。

随着科技的不断发展，对高功率超短脉冲源的性能要求越来越高，如更高的峰值功率、更短的脉冲宽度、更好的稳定性等。

因此，研究和发展高功率超短脉冲源的关键技术对于推动相关领域的发展具有重要意义。

其核心部件通常包括泵浦源、增益介质、调制器等，通过特定的技术手段实现能量的快速积累和瞬间释放。

高功率超短脉冲源具有脉冲宽度窄、峰值功率高、重复频率高等特点，能够满足不同应用场景的需求。

高功率超短脉冲源是一种能够产生高峰值功率、超短脉冲宽度的光源或激光源。

02

高功率超短脉冲产生技术

利用光栅对引入的色散，在时域上对脉冲进行压缩，实现脉冲宽度的减小。

通过展宽器将输入脉冲展宽，降低峰值功率后进行放大，再通过压缩器将放大后的脉冲压缩回原宽度，从而获得高峰值功率的超短脉冲。

啁啾脉冲放大技术

光栅对压缩

利用半导体材料的非线性增益特性，在特定条件下实现增益的快速开关，产生超短脉冲。

半导体增益开关

在光纤中引入非线性效应，通过控制光强实现增益的开关，产生高功率超短脉冲。

光纤增益开关

主动锁模

通过在激光器中加入主动调制元件，如声光调制器或电光调制器，对激光进行调制以实现锁模，产生超短脉冲。

被动锁模

利用可饱和吸收体等被动元件的非线性吸收特性实现锁模，产生稳定的超短脉冲序列。

在激光器中加入声光调制器，通过控制声光效应调节激光器的Q值，实现脉冲能量的积累和快速释放。

声光调Q

电光调Q

被动调Q

利用电光晶体的电光效应调节激光器的Q值，实现高功率超短脉冲的输出。

利用可饱和吸收体等被动元件的非线性吸收特性调节激光器的Q值，实现脉冲的自动调Q和输出。

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超短脉冲放大技术

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利用掺铒光纤作为增益介质，通过泵浦光激发实现信号光的放大，具有宽带宽、低噪声等优点。

掺铒光纤放大器

采用掺镱光纤作为增益介质，适用于高功率、大能量的超短脉冲放大，具有较高的转换效率和良好的热稳定性。

掺镱光纤放大器

利用拉曼散射效应实现光放大，具有宽增益带宽、低噪声等特性，适用于超短脉冲的放大。

拉曼光纤放大器

03

半导体可饱和吸收镜

利用半导体材料的可饱和吸收特性实现超短脉冲的被动锁模和放大，具有紧凑、高效等优点。

01

钛宝石激光器

采用钛宝石晶体作为增益介质，具有宽调谐范围、高输出功率等优点，适用于超短脉冲的放大和调谐。

02

钕玻璃激光器

利用钕玻璃作为增益介质，具有高储能密度、大口径等优点，适用于高功率、大能量的超短脉冲放大。

采用准分子气体作为增益介质，具有高峰值功率、大单脉冲能量等优点，适用于高功率超短脉冲的放大。

准分子激光器

利用二氧化碳分子的振动-转动能级跃迁实现光放大，具有高转换效率、大输出功率等优点。

二氧化碳激光器

采用化学氧碘反应作为增益机制，具有极高的单脉冲能量和峰值功率，适用于高能激光武器等领域。

化学氧碘激光器

在高功率密度下，光束在非线性介质中传播时会发生自聚焦现象，导致光束质量恶化和可能的器件损坏。

自聚焦效应

当入射光功率超过一定阈值时，会激发介质的拉曼散射效应，导致能量从入射光转移到其他频率的光上，降低放大效率。

受激拉曼散射

在非线性介质中，四个不同频率的光波相互作用会产生新的频率成分，影响超短脉冲的放大和传输质量。

四波混频

04

超短脉冲传输与整形技术

色散补偿技术

通过采用色散补偿光纤或啁啾光纤光栅等器件，对超短脉冲在传输过程中产生的色散进行补偿，保证脉冲的时域和频域特性。

色散调控技术

利用色散调控器件如可调色散补偿器，实现对超短脉冲色散的动态调控，以满足不同应用场景的需求。

通过频谱整形器件如可编程光谱整形器，对超短脉冲的频谱进行精细调控，实现脉冲形状和时域特性的优化。

频谱整形技术

采用时域整形算法和高速数字信号处理技术，对超短脉冲进行时域整形，提高脉冲的峰值功率和信噪比。

时域整形技术

空间光路设计

优化空间光路设计，降低超短脉冲在空间传输过程中的能量损耗和波前畸变，提高传输效率和质量。

空间调制技术

采用空间光调制器等器件，对超短脉冲进行空间调制，实现脉冲形状、偏振态等特性的灵活调控。

05

高功率超短脉冲源的应用与前景

超短脉冲激光可用于眼科手术，如角膜切割、视网膜修复等，具有精度高、创伤小、恢复快等优点。

眼科手术

高功率超短脉冲源可用于去除纹身、色素痣等皮肤问题，以及治疗血管性疾病和疤痕等。

皮肤科治疗

超短脉冲激光可用于神经外科手术，如脑部肿瘤切除、神经修复等，