LCSLM對(duì)4f脈沖系統(tǒng)的影響范文
本站小編為你精心準(zhǔn)備了LCSLM對(duì)4f脈沖系統(tǒng)的影響參考范文，愿這些范文能點(diǎn)燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。
《強(qiáng)激光與粒子束雜志》2016年第8期
摘要：
液晶空間光調(diào)制器的離散型相位調(diào)制和像素間隙是4f脈沖整形系統(tǒng)的主要失真原因，基于以上因素的分析，建立了完善的4f脈沖整形系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，數(shù)值模擬了不同相位調(diào)制變化率、不同像元尺寸、不同間隙尺寸以及不同色散關(guān)系下的離散型相位調(diào)制和像素間隙導(dǎo)致的失真情況。模擬結(jié)果表明：離散型相位調(diào)制會(huì)導(dǎo)致整形脈沖中出現(xiàn)副本脈沖，相位調(diào)制變化率越大或像元尺寸越大均會(huì)導(dǎo)致這種副本脈沖越強(qiáng)，輸出目標(biāo)脈沖失真越嚴(yán)重；像素間隙也會(huì)導(dǎo)致整形脈沖中出現(xiàn)副本脈沖，間隙尺寸越大會(huì)導(dǎo)致這種副本脈沖越強(qiáng)，輸出目標(biāo)脈沖失真越嚴(yán)重；兩種副本脈沖均呈等間隔分布，其周期由每個(gè)像元對(duì)應(yīng)的頻譜寬度決定，非線性光譜色散會(huì)使副本脈沖啁啾化且強(qiáng)度變小。
關(guān)鍵詞：
4f脈沖整形系統(tǒng)； 像素間隙； 離散型相位調(diào)制； 非線性光譜色散； 副本脈沖
過去的三十年里，脈沖整形技術(shù)發(fā)展迅速，現(xiàn)已成為一個(gè)熱門的研究領(lǐng)域［13］。該技術(shù)極大地推動(dòng)了超快光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，目前已實(shí)現(xiàn)皮秒和飛秒量級(jí)的超短脈沖［4］。經(jīng)整形后的脈沖可引導(dǎo)和控制不同系統(tǒng)在時(shí)間上的變化，具體的應(yīng)用如：超快全光分幅技術(shù)［57］、飛秒化學(xué)［89］、光通信［10］以及量子動(dòng)力學(xué)過程中的連續(xù)激光控制［1112］。
目前最好的電子器件響應(yīng)時(shí)間為ps量級(jí)，對(duì)于超短脈沖（主要是皮秒和飛秒脈沖），在時(shí)域上進(jìn)行脈沖整形十分困難，因此往往將脈沖整形轉(zhuǎn)換到頻域進(jìn)行。4f脈沖整形系統(tǒng)通過傅里葉變換將時(shí)域的調(diào)制轉(zhuǎn)換到頻域進(jìn)行，高至THz及其以上的譜帶均可實(shí)現(xiàn)有效且連續(xù)的波形調(diào)制，無需任何超快調(diào)制器件。使用液晶空間光調(diào)制器（lcslm）作為掩膜置于傅里葉平面的4f脈沖整形裝置，可對(duì)光束的相位、偏振態(tài)、振幅或強(qiáng)度進(jìn)行一維或二維分布的實(shí)時(shí)空間調(diào)制［13］，是目前應(yīng)用最廣泛的脈沖整形系統(tǒng)。LCSLM為像素型結(jié)構(gòu)，每一個(gè)像元只能加載一個(gè)固定相位，相位調(diào)制呈離散的臺(tái)階狀，像素間存在無法調(diào)制的間隙區(qū)域，以上因素都會(huì)導(dǎo)致整形結(jié)果出現(xiàn)失真［1416］。當(dāng)整形目標(biāo)較復(fù)雜時(shí)，這些因素導(dǎo)致的失真會(huì)十分嚴(yán)重，從而使得整形后的脈沖無法實(shí)現(xiàn)預(yù)期的精密控制。本文首次建立了完備的LCSLM型4f脈沖整形系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，綜合考慮了像素間隙和離散型相位調(diào)制因素，分析了不同色散關(guān)系下的失真情況。對(duì)建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了各因素導(dǎo)致的失真量的決定參數(shù)，得到了LCSLM像素型結(jié)構(gòu)對(duì)4f脈沖整形系統(tǒng)影響的規(guī)律認(rèn)識(shí)和定性結(jié)論。
一、理論模型
1.14f犳脈沖整形系統(tǒng)
4f脈沖整形系統(tǒng)原理圖如圖1所示，由兩個(gè)相同的衍射光柵、兩個(gè)相同透鏡以及一個(gè)LCSLM組成，各元件以透鏡的焦距等間距分布。輸入脈沖經(jīng)光柵1后被色散開，透鏡1將光束的角色散轉(zhuǎn)換為空間色散，通過在傅里葉平面放置一個(gè)LCSLM，可對(duì)每一個(gè)光譜成分的振幅和相位進(jìn)行調(diào)制，被調(diào)制后的所有頻率成分經(jīng)透鏡2和光柵2后會(huì)聚成一個(gè)光束，該光束即為整形后的輸出脈沖。如果傅里葉平面不放置任何器件，輸出脈沖將和輸入脈沖完全相同，因此又稱為零色散脈沖整形系統(tǒng)。∫M[x(ω])eiωtdω(5)
1.24f脈沖整形系統(tǒng)影響因素分析
液晶空間光調(diào)制器含有許多獨(dú)立的單元,它們?cè)诳臻g上排成一維或二維陣列。通過改變加載在每個(gè)單元上的電壓,使液晶分子發(fā)生不同程度的偏轉(zhuǎn),此時(shí)光通過液晶層會(huì)受到不同的相位調(diào)制。液晶空間光調(diào)制器的像素型結(jié)構(gòu)會(huì)使整形結(jié)果出現(xiàn)失真,本文將定性分析離散型相位調(diào)制、像素間隙以及非線性光譜色散三個(gè)因素對(duì)整形效果的影響
1.2.1離散型相位調(diào)制
1.2.2像素間隙
1.2.3非線性光譜色散
二、模擬結(jié)果及分析
2.1離散型相位調(diào)制的影響
2.2像素間隙的影響
2.3非線性光譜色散的影響
上述仿真中都假定4f脈沖整形系統(tǒng)的色散關(guān)系為線性,但實(shí)際的色散關(guān)系為非線性,圖5是對(duì)1.2.3中分析的兩種色散關(guān)系的對(duì)比圖。從圖中可看出,實(shí)際的色散關(guān)系為曲率非常小的曲線,尤其是在中心波長(zhǎng)附近,近乎為線性。為分析這種極弱的非線性特性對(duì)脈沖整形中失真量的影響,假定液晶空間光調(diào)制器加載的相位調(diào)制為離散型,每個(gè)像素點(diǎn)尺寸為8μm,間隙尺寸為0.46μm。分別對(duì)線性光譜色散和非線性光譜色散下的整形效果進(jìn)行仿真,
三、結(jié)論
本文首先分析了LC-SLM像素型結(jié)構(gòu)對(duì)4f脈沖整形系統(tǒng)的影響,給出了整形脈沖失真情況的表達(dá)式。對(duì)不同相位調(diào)制變化率、不同像元尺寸、不同間隙尺寸以及不同色散關(guān)系下的離散型相位調(diào)制和像素間隙導(dǎo)致的3結(jié)論本文首先分析了LC-SLM像素型結(jié)構(gòu)對(duì)4f脈沖整形系統(tǒng)的影響,給出了整形脈沖失真情況的表達(dá)式。對(duì)不同相位調(diào)制變化率、不同像元尺寸、不同間隙尺寸以及不同色散關(guān)系下的離散型相位調(diào)制和像素間隙導(dǎo)致的失真情況進(jìn)行了模擬仿真,模擬結(jié)果表明:相位調(diào)制變化率越大,離散型相位調(diào)制導(dǎo)致的失真越嚴(yán)重,像素間隙導(dǎo)致的失真無影響;像元尺寸是決定離散型副本脈沖和像素間隙副本脈沖的主要因素,像元尺寸越大,離散型副本脈沖失真越嚴(yán)重;間隙尺寸越大,像素間隙導(dǎo)致的失真越嚴(yán)重;離散型相位調(diào)制對(duì)輸出脈沖的失真影響大于像素間隙;當(dāng)光譜色散關(guān)系為線性時(shí),輸出脈沖出現(xiàn)一系列目標(biāo)脈沖的副本脈沖;當(dāng)光譜色散關(guān)系為非線性時(shí),這些副本脈沖會(huì)變?yōu)檫泵}沖且強(qiáng)度降低。根據(jù)模擬結(jié)果獲得的規(guī)律認(rèn)識(shí)和定性結(jié)論為L(zhǎng)C-SLM型4f脈沖整形系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)參數(shù)的優(yōu)化提供了參考,為了減小整形脈沖的失真情況,可選取像元尺寸較小的LC-SLM,若副本脈沖周期較小時(shí),通過選取適當(dāng)?shù)耐哥R和光柵可減小系統(tǒng)的非線性特性,避免交疊效應(yīng)發(fā)生。
本文研究加深了對(duì)LC-SLM型超短脈沖整形系統(tǒng)中LC-SLM像素型結(jié)構(gòu)對(duì)整形效果影響規(guī)律的認(rèn)識(shí),為超短脈沖整形實(shí)驗(yàn)中的失真原因分析、實(shí)驗(yàn)參數(shù)優(yōu)化提供了參考,對(duì)于減少脈沖整形失真具有參考意義。
作者:李雨 李澤仁 劉壽先 單位:中國(guó)工程物理研究院流體物理研究所