超短脈沖的傳輸規(guī)律與衍射特性的研究.pdf

1、超短脈沖由于具有有效弛豫時(shí)間短、能量高的特征和超分辨能力,因此在物理、生物和化學(xué)等領(lǐng)域的超快過(guò)程中具有廣泛的應(yīng)用。由于傳輸媒介對(duì)光的吸收、色散和極化等過(guò)程的影響,超短脈沖經(jīng)過(guò)不同傳輸介質(zhì)時(shí)會(huì)呈現(xiàn)出不同的傳輸規(guī)律。光纖是光通信、醫(yī)學(xué)內(nèi)窺、信息傳感、顯微成像等技術(shù)中常用的光傳輸媒介,而激光脈沖則作為載頻信號(hào)在信息的傳遞中起著極其重要的作用。光纖的色散和損耗是光纖制約光信號(hào)無(wú)失真?zhèn)鬏數(shù)膬蓚€(gè)重要的參數(shù),因此盡可能地降低光纖的色散和損耗是信號(hào)無(wú)失

2、真?zhèn)鬏數(shù)闹匾Ｕ?。因此超短脈沖激光在光纖中傳輸時(shí)受到光纖損耗和色散的影響,脈沖的波形和能量必將發(fā)生相應(yīng)的變化。此外,超短脈沖含有豐富的頻譜成分,即使在無(wú)色散無(wú)損耗的介質(zhì)中傳輸時(shí),也不可避免地受到衍射單元的限制,其衍射規(guī)律也將不同于連續(xù)光入射的情況。光柵作為最重要的光學(xué)衍射元件之一,在脈沖的整形中獲得廣泛應(yīng)用。光柵由于空間的周期性分布使得它在菲涅爾衍射區(qū)呈現(xiàn)衍射自成像現(xiàn)象,這就是光柵的泰伯效應(yīng)。這一效應(yīng)至今也在信息存儲(chǔ)和編碼、光波調(diào)制和高

3、功率激光器脈沖壓縮等許多領(lǐng)域獲得應(yīng)用。通常在單色連續(xù)光照明下,光柵的衍射可采用菲涅爾衍射公式進(jìn)行積分運(yùn)算,很容易獲得衍射的光場(chǎng)分布。然而當(dāng)多色的脈沖光照明下光柵的衍射需采用部分相干光理論進(jìn)行分析。本文針對(duì)超短脈沖技術(shù)的研究現(xiàn)狀,提出對(duì)超短激光脈沖在光纖中的傳輸規(guī)律和經(jīng)光柵衍射的理論與實(shí)驗(yàn)研究。
　　本文的內(nèi)容主要分為以下五個(gè)部分。
　　第一章分析了超短脈沖的產(chǎn)生、光纖的結(jié)構(gòu)特征和光柵的衍射自成像現(xiàn)象規(guī)律。本章對(duì)超短脈沖進(jìn)行了

4、界定,介紹了脈沖技術(shù)的發(fā)展和獲取超短脈沖的方法。對(duì)光纖的結(jié)構(gòu)、光纖的分類以及傳輸特性進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明,同時(shí)對(duì)光柵的結(jié)構(gòu)特征和光柵的泰伯效應(yīng)進(jìn)行了理論分析。
　　第二章對(duì)可見和近紅外波段內(nèi)的光纖損耗進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。采用鹵鎢燈發(fā)出的連續(xù)譜做為多色照明光源,利用光纖截?cái)喾▽?duì)多色光在光纖傳輸過(guò)程的損耗進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量。由此得到光纖在可見光和近紅外波段內(nèi)光纖損耗系數(shù)隨波長(zhǎng)的變化關(guān)系。實(shí)驗(yàn)中對(duì)測(cè)得的光纖相對(duì)吸收峰值與已有文獻(xiàn)結(jié)果進(jìn)行比較,驗(yàn)證了本

5、文實(shí)驗(yàn)方法的可靠性。同時(shí)對(duì)引起光纖的各吸收峰值的原因給出了相應(yīng)的解釋。這為超短脈沖激光在光纖中的傳輸研究奠定基礎(chǔ)。
　　第三章研究了超短脈沖在色散光纖中的傳輸,采用傅里葉變換法將時(shí)域信號(hào)變換為頻域信號(hào),分析了超短脈沖在色散光纖中傳輸,再利用反傅里葉變換獲得衍射脈沖時(shí)域分布。通過(guò)將傳輸常數(shù)做泰勒展開分別討論了不同階次的色散對(duì)超短脈沖的脈寬和時(shí)域輪廓的影響,結(jié)果表明光纖的二階色散有效地展寬了脈沖,光纖的三階色散卻引起了脈沖的時(shí)域輪廓畸

6、變。
　　第四章實(shí)驗(yàn)研究了連續(xù)光照明下的菲涅爾衍射深區(qū)內(nèi)的光柵衍射規(guī)律。實(shí)驗(yàn)上提出了采用顯微放大技術(shù)對(duì)高密度光柵在菲涅爾衍射深區(qū)內(nèi)的光強(qiáng)分布進(jìn)行測(cè)量的方法,并將實(shí)驗(yàn)測(cè)量的結(jié)果與理論結(jié)果進(jìn)行了比較,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論結(jié)果幾乎相一致。結(jié)果表明在精確的泰伯距離處不能獲得光柵的精確泰伯像,只能在泰伯距離附近得到光柵的類泰伯像。
　　第五章研究了超短脈沖照明下光柵的泰伯效應(yīng)。采用部分相干光理論分析了超短脈沖照明下光柵的衍射,獲得了瞬時(shí)與平