载波包罗相位差

1、超短激光脉冲载波-包络相位CEP的相关技术报告人：李娜晶格场作用与晶格振动能级耦合基态激发态类似四能级结构Pump光，峰值：490nm（400-600nm）产生宽荧光光谱带：峰值：800nm（660-1180nm ）可调谐。l=2；2l+1=5激光器的构造和原理：分析整个工作原理：增益特性： 峰值800nm自锁模原理：被动锁模： 饱和吸收体（光强调制）（自聚焦效应与腔内光阑的结合） 光阑：pump光。色散补偿：棱镜对。钛宝石晶体（光克尔效应 自相位调制SPM+正群速色散GVD ） 石英：小于1.28m 正常色散。大于1.28m 反常色散。束腰束腰球面镜聚焦连续pump光VerdinJ ，ps，

2、Micro 自聚焦效应：强光克尔效应（增益调制，空间调制聚焦）g 谐振腔的增益因子。分析: 增益增益调制：I 光强增大， 增大，f变小，能量汇聚，变小，g增益因子增大，空间空间调制：f变小 自聚焦。 放大器放大器：直接从振荡器中获得高功率激光，比较难。原因:输出功率( 能量) 和其他指标( 如光束发散角, 单色性, 脉宽, 调制性能等) 要求是相矛盾的.超短超短脉冲放大：直接放大会破坏工作物质，脉冲畸变（非线性），元件损伤。CPA放大技术：实验室中采用的压缩器通常是闪耀光栅。fsps闪耀光栅展宽光栅压缩fs降低介质的破坏阈值为了防止在展宽过程中能量大量的损失，使用闪烁光栅。避免了零级衍射损失的

3、大部分能量。OPA放大的优点：再近简并：增益带宽宽。-短脉冲。可调谐 自发辐射ASE小：有pump时才有增益。Pump信号同源。 高对比度。CEP被动稳定。省略了电路部分。设备简单。 高损伤高损伤阈值（非线性过程）单、多通放大器：CEP主动稳定。脉宽压缩=周期量级，CEP的变化，顺时脉冲电场强度明显不同。在做有关与顺时电场有关实验中不同CEP不同物理现象。 相位差：载波载波-包络包络相位相位（Carrier-envelope phase, CEP）主动主动反馈：稳定CEP时，振荡器和多通放大器，先检测脉冲间漂移量。在采用电路反馈改变（振荡器pump，腔镜，插入色散元件）设备复杂。被动被动反馈：

4、OPA利用差频产生放大，pump和信号同源闲置光CEP自稳定。群速度、相速度不同时：CEP漂移OPA光参量放大光参量放大CEP稳定理论稳定理论差频过程，输入光3 和1 ，产生 ，相位匹配时解耦合波方程得： 31231 30gA放大倍数放大倍数：-0.20.00.20.40.60.81.01.21.41.60.00.20.40.60.81.01.2 I2 I1 Intensity g z信号光闲置光Pump光1g L 通常： 信号光放大很多。高增益高增益且近似： 2221coshexp4g zzg zg ：参量过程的增益指数实验室使用BBO晶体： -barium borate 硼酸钡 双折射系数

5、大，便于相位匹配实验室采用的pump光：8mJ/40fs/1kHz800nm解耦合波方程时，参量要求是实数。虚部要求为零。相位满足如下关系： k=0，?1 +?2 ?3 = /2. ?1 ?2 ?3分别是信号光、闲置光和泵浦光的相位。信号光： ?signal= ?0+?WLCPump光： ?pump=?0闲置光：为常数SPM光谱展宽引入?WLC （常数）? CEP=?0即使前面的pump光的? CEP不稳定，闲置光的CEP仍是稳定的仍是稳定的。OPA放大放大CEP自稳定！自稳定！稳定CEP实验室采用三级OPA放大：OPA1 信号光进行放大输出，OPA2 的信号光作为OPA3 的信号光，那么OP

6、A3输出的闲置光CEP 稳定。实验室是二类匹配实验室是二类匹配二类二类相位匹配：e+o e信号光和闲置光的偏振态是相互垂直的，使得在频率简并的情况下信号场与闲频场仍是非兼并的。从而压缩了参量增益的带宽。同时方便分离信号光与闲置光。 非线性频率调谐理论可知：一类一类匹配 o+o e非简并的带宽：简并带宽：较大较大带宽大，则ASE自发辐射效应增强。 信号光与闲置光带宽重叠，混淆。三级OPA：e光e光 800nm800nm 1400nm和1800nm时域分开小孔分离出信号光1440nmo光1800nm DM1-6：双色镜（长波透射，短波反射）TD：双折射晶体，延时o光和e光。延时1ps 调节Dela

7、y3控制1400nm信号光与pump光参量作用。 e光800nm o光800nm o光1440nmo光OPA信号和Pump非共线参量作用WLC三级OPA8mJ/40fs/1kHz800nm1.6mJ/57fs/1kHz 1.8m，420mrad激光器本身的CEP没有严格要求CEP 仍有抖动：由非共线 OPA 系统CEP 稳定性理论分析可知：调节调节BBO1-BBO3 的角度和Delay，输出输出在在波长波长1.2-2.4m 之间调谐。OPA过程中：pump光强，相位失配（光束方向的微小变化）， WLC展宽过程中信号光远离驱动波长处能量的不稳定性， 信号光波长有关。观察上式：信号光波长越长波长越

8、长CEP 对光强和相位失配的依赖就越弱. 长波长，CEP抖动越小。为了获得周期量级的脉宽57s仍太长了？脉冲压缩：47fsSPM 展宽频谱BM: 红外波段在介质中的反常群延时色散GDD3mm补偿色散后准直8.9fs（1.5个周期）0.74mJ、532mrad频率分辨光学门测量脉冲宽度意义：该装置为单个阿秒光源的产生和其他高次谐波实验提供良好光源。产生高次谐波和产生太赫兹类似：1.介质原子在激光场峰值附近发生电离； 2.电离产生的电子被激光电场加速；3.电子与核复合，同时释放出高能光子。d2x/dt2=eEcos（0t）/m ；积分得:x=-eE/（m02）*(cos（0t）+const)电子获

9、得的动能 =-e*xe2E/（m02）复合时动能转化为了高次谐波能量。高次谐波截止频率1/ 02 =2入射波长大： 产生超短激光源CEP更稳定，高次谐波截止频率高， 但是： 太大，入射光能量 太小，不能电离介质原子。综合上述两种效应：1.5-3m 超短脉冲激光被认为是最合适的阿秒脉冲驱动光源。CEP的测量原理：f-2f测量方法测量方法低频部分倍频：干涉测量：由以下公式：求解其中： rep: 激光振荡腔的重复频率。 ?cep：载波包罗相位差。缺点：展宽时会引入?WLC ,倍频过程的过程中为引入?SHG， 不能直接测出CEP的真实值，只能测出CEP的变化。上面理论简化了，没有体现。振荡级，脉冲过来

10、太快，只能检测包络cos(nt+?cep) cos(n+ ce )t) 展宽频谱基频包含： CEP的漂移漂移，测量测量，稳定稳定控制电路： 分别讨论: 振荡级，放大级。振荡级振荡级：CEP漂移 固定漂移（群速相速） 不确定漂移（泵浦光抖动） 克尔效应：克尔效应： I I变化，每经过激光介质变化，每经过激光介质引入一个不确定引入一个不确定CEP振荡级CEP测量测量光路：光子晶体光纤光子晶体光纤双色镜双色镜展宽倍频程 nrep，2nrep2nrep+ ce 波片调节光的偏振方向获得较强的偏振信号调节光程进行相干一类匹配倍频光与基频光垂直nrep+ ce 2nrep+2ce 探测rep cos(2n

11、rep+2ce )t+cos(2nrep+ ce)t=2cos(2nrep+3/2ce )t*cos(ce)t有公式：求解CEP对光频率而言变化很慢探测器探测不到2nrep+3/2ce可探测ce倍频光基频光偏振片：偏振片：使具有相同的偏振分量进行干涉使具有相同的偏振分量进行干涉振荡级CEP控制：理论理论：每个脉冲，CEP会增加将CEP漂移稳定在：fce=frep/8；每8 个脉冲CEP 变化2，相当于不变。克尔盒开启频率为frep/8控制脉冲的输出。移动腔镜：调节移动腔镜：调节frep转动腔镜：调节转动腔镜：调节fce光谱展宽振荡腔f-2f测量反馈电路快环1.腔镜调节腔镜调节克尔透镜锁模机制，

12、输出脉宽10fs。中心波长830nm，带宽70nm。过滤800nm光控制每1/8个振荡周期释放一个基频脉冲和倍频脉冲进行干涉2.插入石英楔板插入石英楔板f-2f法测量cep输出脉冲宽度9fs，能量20nJ，重复频率24MHzCEP控制方法：f-2f 测量频谱分析电路反馈改变腔内色散放大级放大级中CEP的漂移： 展宽、压缩过程引入的CEP。光栅光栅压缩器光栅抖动时：若 45 ；G变化d，则CEP周期量级变化光栅展宽器抖动公式如上：但是G在此处是等效距离等效距离。光栅光栅抖动、透镜透镜抖动均改变G，即引起CEP变化棱镜压缩原理：棱镜：光栅：800nm光为例：棱镜 光栅 且：棱镜的光栅的 ;棱镜棱镜

13、抖动引入的CEP 光栅光栅抖动引入的CEP因此：棱镜棱镜的抖动可以反馈调节振荡级的腔镜（慢环慢环反馈） 光栅光栅抖动过大反馈给振荡级会改变脉冲参数。 可单独反馈调节光栅。放大级中采用棱镜压缩展宽的CEP稳定电路：放大级CEP稳定：调节光栅有效距离光栅有效距离压电陶瓷响应：反馈频率100HZ调节振荡级pump功率= f0- frep/4反馈调节使0振荡级： 80MHz1kHz压缩为周期量级的脉冲放大级测量放大级测量CEP电路与振荡级不同：电路与振荡级不同：1 频率低频率低1KHZ,2 单脉冲能量高单脉冲能量高, 方便产生超连续光谱方便产生超连续光谱.3 峰值功率更加不稳定峰值功率更加不稳定, 会

14、会引入引入CEP的测量误差的测量误差.色散补偿放大级CEP的测量原理：由于频率降低，可以检测的每个脉冲过来的光谱。cos(nt+?cep) 展宽频谱基频包含： 低频部分倍频：干涉测量：nrt1+ ?ce+ ?WL2nrt2+ ?ce+ ?WL2nrt1+ 2?ce+ 2?WL光程差造成时延?ce= ?0测量CEP的变化决定了干涉光谱的疏密光谱上的周期为： 太小，光谱仪不能分辨。 太大，降低了条纹对比。要观察合适的光谱图：要观察合适的光谱图：不同的不同的 要调整光路产生合适的光程差：要调整光路产生合适的光程差：L放大级CEP的测量光路图单光路单光路：调节入射蓝宝石能量，使出现稳定单丝2mm 蓝宝

15、石延时，合适疏密的干涉光谱红外波段：铌酸锂晶体正常色散测量的不是CEP真实值，只能测量单一波长的CEP。双光路双光路：可以测量多个波长的CEP，可以调节光程差。分析双光路：半透半反镜1600nm相位匹配：1800nm 2倍频到900nm 22 1 、2、22，均是?cep基频光中干涉波长为1 =1000nm： 1 相位?cep22 相位2?cep1000nm基频干涉条纹：900nm倍频光与基频光干涉：加入TD改变 ?cep 观察波形：加TD后，有横向移动的条纹含有CEP信息。 观察条纹随时间的漂移量来确定?cep. 光程抖动会引入?ce的测量误差E3 和 E6 取对数再取虚部：利用?6和?3来

16、求?cep，可以消除光程抖动引起的误差。其他测量CEP的方法：利用不同级次谐波间的光谱干涉测量激光脉冲的利用不同级次谐波间的光谱干涉测量激光脉冲的 CEP优点：入射光可以不用展宽为倍频程。 级次越高，入射脉冲的光谱带宽越窄。缺点：更高级次产生效率很低，干涉条纹不明显，非线性效应。误差变大。 同样不能判断cep的真实值。利用参量过程测量脉冲利用参量过程测量脉冲 CEP中心波长中心波长 o光光 800nm ，?400nm ，e光，光，2?800nm ，e光，光，2?二类匹配产生闲置光二类匹配产生闲置光BBO晶体中直接晶体中直接倍频闲置光一类匹配倍频闲置光一类匹配信号光放大：信号光放大： e光光 800nm ，?调节楔板调整两干涉光的光程差调节楔板调整两干涉光的光程差调整光谱的疏密调整光谱的疏密优点优点：1、不需要展宽到一个倍频程，光谱较窄的激光脉冲此方法也实用。同时可以采用更薄的蓝宝石晶体，减少误差；2、此方法的干涉条纹范围广、调制深，有利于测量和减小误差(同偏振)3、与f-2f 法不同，此方法用的是超连续谱中靠近入射光波长靠近入射光波长的成分，对能量起伏的依赖性更低，所以可以减小能量抖动对CEP 测量的影响。缺点缺点：1与f-2f 法相比，此方法光路较复杂， 2光栅，对光路