Решеточный компрессор

Призменный компрессор

Оптические компрессоры с аномальной дисперсией

Для компрессии импульсов, несущая частота которых промодулирована с нарастанием от фронта к хвосту (положительный чирп), необходимы компрессоры с аномальной дисперсией. Это компрессоры, у которых время групповой задержки для низкочастотных спектральных компонент, локализованных на фронте импульса, должно быть меньше, чем для локализованных на хвосте высокочастотных компонент.

Первая призма ориентирована под углом Брюстера, вторая - под углом наименьшего отклонения.

Набег фаз спектральных компонент импульса при прохождении волной l оптического пути Р(l) определяется соотношением

, (1.126)

Рис.1.23. Ход лучей в призменном компрессоре коротковолновой (черный фон) и длинноволновой (серый фон) частей спектра импульса.

Для дисперсии двух пар призм можно записать следующее соотношение:

GVD2 =, (1.127)

Нетрудно видеть, что, если GVD2>0, то дисперсия призменной системы нормальная. Если GVD2<0, то дисперсия аномальная.

Несмотря на то, что в видимой области оптические материалы обладают положительной дисперсией, при изменении расстояния между призмами (геометрическая разность хода), возможно плавное изменение GVD2 со сменой знака.

Расчеты показывают, что, например, в области 800 нм для призм из плавленого кварца значение может составлять k₂»10^-28 c²/см.

Преимущество призменных компрессоров в малых оптических потерях, поэтому они в основном используются во внутрирезонаторных схемах сжатия.

Недостаток - низкое значение k₂.

А

Grating

g

Pulse

q

Lg

red

blue

B

Retro-reflector С

Grating

Рис.1.24. Ход лучей в решеточном компрессоре.

В данной схеме импульс света, падающий на дифракционную решетку, разлагается в спектр, и разные частотные компоненты его проходят разный оптический путь ABC. У высокочастотных компонент путь меньше, чем у низкочастотных, следовательно, высокие частоты могут догнать низкие, если они находятся в хвосте импульса.

Таким образом, если на систему падает импульс с положительным чирпом, происходит его компрессия.

Оценки дисперсии второго порядка показывают, что величина коэффициента k₂(800 нм) для решеток (~1000 шт/mm) порядка 10^-26 с²/cм.

Решеточные компрессоры позволяют сжимать импульсы с начальной длительностью до сотен пикосекунд.

Наиболее широко они используются в технике усиления фемтосекундных импульсов до мультитераваттных и даже петаваттных мощностей методом Chirped Pulse Amplification (метод усиления чирпованных импульсов), сокращенно - CPA.

Литература к разделу 1:

1. С.А. Ахманов, В.А. Вислоух, А.С. Чиркин, Оптика фемтосекундных импульсов. М. Наука. 1988.

2. И. Херман, Б. Вильгельми, Лазеры сверхкоротких световых импульсов. М. Физмат. 1986.

3. J. Dils, W. Rudolph, Ultrashort laser pulse phenomena. Academic Press. 2006.

4. П.Г. Крюков, Фемтосекундные импульсы. Введение в новую область лазерной физики. М. Физмат. 2008.