[发明专利]一种用于啁啾激光脉冲压缩的色散补偿方法

说明书

本发明公开了一种用于啁啾激光脉冲压缩的色散补偿方法，仅利用单个相位调制器对入射的正啁啾脉冲用菲涅耳波带片结构的二元相位(0，π)进行相位调制，即可补偿正啁啾脉冲的色散，将其压缩至变换受限的脉宽。本发明提供的色散补偿方法与利用传统的光栅对等方法实现的脉冲压缩效果相同，但克服了利用光栅对压缩高能量啁啾脉冲时大面积光栅制作成本高昂，校准难度大的缺陷。

技术领域

本发明属于超快光学中的脉冲压缩技术领域，涉及一种用于啁啾激光脉冲压缩的色散补偿方法。

背景技术

高时间分辨率的探测技术依赖于超短脉冲技术的发展，而脉冲压缩是产生超短激光脉冲的关键。脉冲压缩技术的发展带动了激光科学朝着最短脉冲的快速改革，脉冲宽度已经从纳秒，皮秒发展到现在的飞秒量级。而超快过程的研究则需要更短的超短脉冲，目前超短脉冲技术正在朝着具有几个光学周期的脉冲持续时间甚至更短的阿秒脉冲迈进。当激光脉冲在空气或其他色散介质中传输时，由于群速度色散引起的相位移动导致最初的脉冲被拓宽。为了补偿这种色散，可以利用光栅对、棱镜对或啁啾镜在频域使光谱中所有频率分量的相位均一化从而压缩脉冲。然而，对于这些方法中的大部分而言，都要让光通过材料来传输，因而损耗了光子能量，并限制了其所能压缩的带宽及压缩效率。此外，对于能量在几百甚至几千焦范围的大能量脉冲，其用来做脉冲压缩的光栅需要在真空室精确校准且面积将超过1m²，其制作工艺复杂，制作成本非常昂贵。

本发明方法针对以上缺陷，基于脉冲整形技术，提出了一种用菲涅耳波带片结构的二元相位(0，π)整形实现啁啾脉冲色散补偿的方法。利用该方法，仅需对入射啁啾激光脉冲频谱施加二元相位整形，即可引入负色散，实现色散补偿，从而将啁啾激光脉冲的脉宽压缩至变换受限的脉宽。该方法原理清晰，仅需单个相位调制器即可实现，因此所需装置简单紧凑，易于实现。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于啁啾激光脉冲压缩的色散补偿方法，解决了现有技术中存在的利用光栅对方法压缩高能量啁啾脉冲时大面积光栅制作成本高昂的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种用于啁啾激光脉冲压缩的色散补偿方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、搭建完整光路，使啁啾参数为α的正啁啾激光脉冲光束经准直器后平行入射进入相位调制光学设备，设置相位调制光学设备的相位调制函数；

步骤2、利用相位调制光学设备对入射光谱中不同频率分量进行二元相位(0，π)整形，并使得展开的入射光束频谱全部包含在相位调制光学设备中整形的区间范围内；

步骤3、整形后的光束经过准直器使其平行入射进入凸透镜，聚焦整形后的光束，让聚焦的光束入射到自相关仪中，测量压缩后的脉宽。

本发明的特点还在于：

相位调制光学设备为脉冲整形器或相位调制器。

脉冲整形器为空间光调制器SLM。

相位调制光学设备的相位调制函数为

其中,sgn为符号函数,Π为乘积函数,相应的色散补偿函数为

引入的色散补偿量为-α/(1-1/4n_max)。

相位调制函数中n_max的取值为大于或等于3的正整数，对应的所需调制的二元相位总个数N取值为N＝2n_max-1。

本发明方法不依赖于啁啾脉冲的光谱形状，对具有对称性分布的脉冲形状如高斯型、双曲正割型、洛伦兹型、方型脉冲等均适用。

本发明的有益效果是：