超短脈沖整形的案例
衍射光學(xué)：超短激光脈沖如何影響光束整形光學(xué)
作者：ISRAEL GROSSINGER, SHLOMIT KATZ, NATAN KAPLAN, and ALEX SKLIAR
文章來源：Laser Focus World激光聚焦世界http://www.laserfocusworld.com/articles/print/volume-53/issue-09/features/diffractive-optics-how-ultrashort-laser-pulses-influence-beam-shaping-optics.html
光學(xué)仿真工具可以全面剖析超短激光脈沖如何影響衍射光學(xué)元件的光束整形特性和能力。
隨著超短脈沖（USP）激光器（也稱為超快激光器）在工業(yè)應(yīng)用中變得越來越普遍，特別是當(dāng)納秒脈沖USP激光器被更快的飛秒器件取代，使用衍射光學(xué)元件（DOE）的光束整形應(yīng)用變得更具挑戰(zhàn)性。
VirtualLab是由LightTrans International(Jena, Germany; www.lighttrans.com)開發(fā)的物理光學(xué)仿真工具，可以用于大多數(shù)DOE元件（包括分束器和光束整形器）的仿真，利用這款軟件，我們?cè)贖olo / Or的團(tuán)隊(duì)研究了USP激光器對(duì)DOE功能的影響。研究發(fā)現(xiàn)盡管對(duì)于大多數(shù)光束整形器來說，DOE的影響可以忽略，但對(duì)于諸如基于光柵的DOE之類的大角度分束器，可以看到顯著的且不期望的色散效果。
圖1. 對(duì)于m = 1且輸入光束直徑為4 mm的渦旋透鏡元件（a），對(duì)輸入800 nm高斯脈沖得到的結(jié)果（b）和輸入100 fs USP激光脈沖得到的結(jié)果（c）進(jìn)行比較，沒有明顯差異。
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作者：ISRAEL GROSSINGER, SHLOMIT KATZ, NATAN KAPLAN, and ALEX SKLIAR
光學(xué)仿真工具可以全面剖析超短激光脈沖如何影響衍射光學(xué)元件的光束整形特性和能力。
隨著超短脈沖（USP）激光器（也稱為超快激光器）在工業(yè)應(yīng)用中變得越來越普遍，特別是當(dāng)納秒脈沖USP激光器被更快的飛秒器件取代，使用衍射光學(xué)元件（DOE）的光束整形應(yīng)用變得更具挑戰(zhàn)性。
VirtualLab是由LightTrans International(Jena, Germany; www.lighttrans.com)開發(fā)的物理光學(xué)仿真工具，可以用于大多數(shù)DOE元件（包括分束器和光束整形器）的仿真，利用這款軟件，我們?cè)贖olo / Or的團(tuán)隊(duì)研究了USP激光器對(duì)DOE功能的影響。研究發(fā)現(xiàn)盡管對(duì)于大多數(shù)光束整形器來說，DOE的影響可以忽略，但對(duì)于諸如基于光柵的DOE之類的大角度分束器，可以看到顯著的且不期望的色散效果。
圖1. 對(duì)于m = 1且輸入光束直徑為4 mm的渦旋透鏡元件（a），對(duì)輸入800 nm高斯脈沖得到的結(jié)果（b）和輸入100 fs USP激光脈沖得到的結(jié)果（c）進(jìn)行比較，沒有明顯差異。
DOE基礎(chǔ)知識(shí)
對(duì)于許多應(yīng)用而言，DOE可以用于產(chǎn)生一些傳統(tǒng)的反射或折射光學(xué)元件無法達(dá)到的獨(dú)特光學(xué)功能，在系統(tǒng)配置方面更加靈活。與折射解決手段相比，DOE具有很多優(yōu)勢，包括尺寸小、單個(gè)元件具有多種功能、角度精度高、厚度小和相比于折射解法時(shí)間色散較小等。
操作原理非常簡單：對(duì)于準(zhǔn)直入射光束，輸出光束以預(yù)先設(shè)計(jì)的分離角度和強(qiáng)度出射DOE，通過光束整形器，激光束被聚焦成設(shè)計(jì)好的尺寸和形狀。
展開 超短脈沖建模
色散介質(zhì)中的脈沖展寬
超短激光脈沖在高精度材料加工具有很好的開發(fā)前景。然而，由于超短持續(xù)時(shí)間對(duì)應(yīng)著寬頻譜，這種脈沖會(huì)變寬。對(duì)于超短脈沖的應(yīng)用來說，重要的是了解脈沖展寬的機(jī)制，甚至是控制脈沖展寬。作為示例，我們演示了材料色散和衍射光柵如何影響脈沖性能。
我們建立了一個(gè)由兩個(gè)衍射光柵組成的脈沖展寬器，研究了脈沖與光柵相互作用引起的脈沖展寬效應(yīng)。
超短脈沖的時(shí)空特性
高NA透鏡的脈沖聚焦
持續(xù)時(shí)間以飛秒為單位的超短脈沖激光器對(duì)于基礎(chǔ)研究和工業(yè)應(yīng)用都具有重要意義和潛力。 例如，這種激光能夠?qū)Σ牧线M(jìn)行超精細(xì)加工，通常被稱為“冷”燒蝕(“cold” ablation)。 在VirtualLab Fusion中，將超短脈沖建模為寬帶光譜的組合，并考慮不同光譜模式之間的相關(guān)性。 這樣可以研究時(shí)空“spatial-temporal”（或空間光譜“spatial-spectral”）域中的超短脈沖特性，如以下示例所示。
[VirtualLab] 超短脈沖建模
超短激光脈沖在高精度材料加工具有很好的開發(fā)前景。然而，由于超短持續(xù)時(shí)間對(duì)應(yīng)著寬頻譜，這種脈沖會(huì)變寬。對(duì)于超短脈沖的應(yīng)用來說，重要的是了解脈沖展寬的機(jī)制，甚至是控制脈沖展寬。作為示例，我們演示了材料色散和衍射光柵如何影響脈沖性能。
色散介質(zhì)中的脈沖展寬
我們研究了在給定材料中傳播的超短脈沖的展寬與該材料色散之間的關(guān)系。
用于超短脈沖的光柵展寬器
我們建立了一個(gè)由兩個(gè)衍射光柵組成的脈沖展寬器，研究了脈沖與光柵相互作用引起的脈沖展寬效應(yīng)。
展開 用于超短脈沖的光柵展寬器
1.摘要
超短脈沖在現(xiàn)代光學(xué)中的到了更廣泛的應(yīng)用。如在激光材料加工、醫(yī)學(xué)成像以及光通信等領(lǐng)域。棱鏡和光柵都是用于操控光脈沖時(shí)間特性的典型光學(xué)元件。在本示例中，建模了一個(gè)由兩個(gè)衍射光柵組成的光柵展寬器，并演示了脈沖經(jīng)其傳播后發(fā)生的脈沖展寬效應(yīng)。
2.建模任務(wù)
3.在不同域中的入射脈沖
4.分析相位與頻率的關(guān)系
5.不同域中的輸出脈沖
6.VirtualLab Fusion 一瞥
7.VirtualLab Fusion中的工作流程
?設(shè)置入射高斯場
-基礎(chǔ)光源模型[視頻教程]
?設(shè)置一個(gè)理想光柵，并選擇工作衍射級(jí)次。
?選擇并設(shè)置脈沖評(píng)價(jià)探測器。
8.VirtualLab Fusion 技術(shù)
展開 用于超短脈沖的光柵展寬器
摘要
超短脈沖在現(xiàn)代光學(xué)中的到了更廣泛的應(yīng)用。如在激光材料加工、醫(yī)學(xué)成像以及光通信等領(lǐng)域。棱鏡和光柵都是用于操控光脈沖時(shí)間特性的典型光學(xué)元件。在本示例中，建模了一個(gè)由兩個(gè)衍射光柵組成的光柵展寬器，并演示了脈沖經(jīng)其傳播后發(fā)生的脈沖展寬效應(yīng)。
[VirtualLab] 用于超短脈沖的光柵展寬器
摘要
超短脈沖在現(xiàn)代光學(xué)中的到了更廣泛的應(yīng)用。如在激光材料加工、醫(yī)學(xué)成像以及光通信等領(lǐng)域。棱鏡和光柵都是用于操控光脈沖時(shí)間特性的典型光學(xué)元件。在本示例中，建模了一個(gè)由兩個(gè)衍射光柵組成的光柵展寬器，并演示了脈沖經(jīng)其傳播后發(fā)生的脈沖展寬效應(yīng)。
2. 建模任務(wù)
3. 在不同域中的入射脈沖
4. 分析相位與頻率的關(guān)系
5. 不同域中的輸出脈沖
6. VirtualLab Fusion 一瞥
7. VirtualLab Fusion中的工作流程
? 設(shè)置入射高斯場
- 基礎(chǔ)光源模型[視頻教程]
? 設(shè)置一個(gè)理想光柵，并選擇工作衍射級(jí)次。
? 選擇并設(shè)置脈沖評(píng)價(jià)探測器。
8. VirtualLab Fusion 技術(shù)
展開 [VirtualLab] 用于超短脈沖的光柵展寬器
摘要
超短脈沖在現(xiàn)代光學(xué)中的到了更廣泛的應(yīng)用。如在激光材料加工、醫(yī)學(xué)成像以及光通信等領(lǐng)域。棱鏡和光柵都是用于操控光脈沖時(shí)間特性的典型光學(xué)元件。在本示例中，建模了一個(gè)由兩個(gè)衍射光柵組成的光柵展寬器，并演示了脈沖經(jīng)其傳播后發(fā)生的脈沖展寬效應(yīng)。
2. 建模任務(wù)
3. 在不同域中的入射脈沖
4. 分析相位與頻率的關(guān)系
5. 不同域中的輸出脈沖
6. VirtualLab Fusion 一瞥
7. ：VirtualLab Fusion中的工作流程
? 設(shè)置入射高斯場
- 基礎(chǔ)光源模型[視頻教程]
? 設(shè)置一個(gè)理想光柵，并選擇工作衍射級(jí)次。
? 選擇并設(shè)置脈沖評(píng)價(jià)探測器。
8. VirtualLab Fusion 技術(shù)
9. 文件信息
更多信息
- Focusing of Femtosecond Pulse by using a High-NA Off-Axis Parabolic Mirror
- Pulse Focusing with High-NA Lens
- Pulse Broadening in Dispersive Media
展開 用于超短脈沖的光柵展寬器
摘要
超短脈沖在現(xiàn)代光學(xué)中的到了更廣泛的應(yīng)用。如在激光材料加工、醫(yī)學(xué)成像以及光通信等領(lǐng)域。棱鏡和光柵都是用于操控光脈沖時(shí)間特性的典型光學(xué)元件。在本示例中，建模了一個(gè)由兩個(gè)衍射光柵組成的光柵展寬器，并演示了脈沖經(jīng)其傳播后發(fā)生的脈沖展寬效應(yīng)。
2. 建模任務(wù)
3. 在不同域中的入射脈沖
4. 分析相位與頻率的關(guān)系
5. 不同域中的輸出脈沖
6. VirtualLab Fusion 一瞥
7. VirtualLab Fusion中的工作流程
? 設(shè)置入射高斯場
- 基礎(chǔ)光源模型[視頻教程]
? 設(shè)置一個(gè)理想光柵，并選擇工作衍射級(jí)次。
? 選擇并設(shè)置脈沖評(píng)價(jià)探測器。
8. VirtualLab Fusion 技術(shù)
展開 用于超短脈沖的高效光柵
事實(shí)證明，超短脈沖在許多現(xiàn)代應(yīng)用中很有幫助。 為了操縱超短脈沖，尤其是在大功率情況下，通常采用光柵來拉伸或壓縮脈沖。 這種光柵的設(shè)計(jì)需要仔細(xì)考慮：它們應(yīng)該在整個(gè)頻譜帶上保持高的衍射效率，有時(shí)甚至是在隨機(jī)偏振的入射場情況下。 在VirtualLab Fusion中，您可以使用FMM / RCWA設(shè)計(jì)光柵，將光柵插入帶有脈沖激光源的設(shè)置中以進(jìn)行系統(tǒng)性能評(píng)估。 我們用以下示例進(jìn)行演示。
使用高效透射光柵進(jìn)行超短脈沖的拉伸或壓縮
根據(jù)T. Clausnitzer等人的研究，我們演示了如何使用兩個(gè)透射光柵構(gòu)建一個(gè)脈沖拉伸或壓縮系統(tǒng)。 特別地，我們分析了這種系統(tǒng)的偏振相關(guān)性。
偏振無關(guān)的高透射效率光柵的分析與設(shè)計(jì)
我們展示了如何嚴(yán)格分析二元光柵的偏振相關(guān)特性，以及如何優(yōu)化二元結(jié)構(gòu)以獲得與偏振無關(guān)的高衍射效率。
更多相關(guān)信息，請(qǐng)發(fā)送郵件至: support@infotek.com.cn / support@infocrops.com
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[NEWSLETTER] 超短脈沖的時(shí)空特性
持續(xù)時(shí)間以飛秒為單位的超短脈沖激光器對(duì)于基礎(chǔ)研究和工業(yè)應(yīng)用都具有重要意義和潛力。 例如，這種激光能夠?qū)Σ牧线M(jìn)行超精細(xì)加工，通常被稱為“冷”燒蝕(“cold” ablation)。 在VirtualLab Fusion中，將超短脈沖建模為寬帶光譜的組合，并考慮不同光譜模式之間的相關(guān)性。 這樣可以研究時(shí)空“spatial-temporal”（或空間光譜“spatial-spectral”）域中的超短脈沖特性，如以下示例所示。
高NA透鏡的脈沖聚焦
在超短脈沖的空間和時(shí)間輪廓上，我們研究了使超短脈沖通過具有高數(shù)值孔徑的透鏡傳播的效果。
飛秒脈沖聚焦
在VirtualLab Fusion中，我們模擬了使用高NA拋物面反射鏡對(duì)10 fs脈沖進(jìn)行聚焦的過程，并研究了時(shí)間行為和空間特性。
更多相關(guān)信息，請(qǐng)發(fā)送郵件至: support@infotek.com.cn / support@infocrops.com
展開 RP Fiber Power 超短脈沖的數(shù)值表示
在脈沖傳播的數(shù)值模擬中，需要以某種方式用數(shù)值表示脈沖。在脈沖相對(duì)較長的情況下（比如納秒脈沖持續(xù)時(shí)間較長）。假設(shè)您只對(duì)功率感興趣，那么通常只考慮光功率與時(shí)間的關(guān)系就足夠了。光學(xué)相位可能會(huì)受到光功率的影響，例如通過自相位調(diào)制，但通常沒有相位對(duì)功率的實(shí)質(zhì)性反作用。
對(duì)于超短脈沖(即脈沖持續(xù)時(shí)間為皮秒甚至飛秒的脈沖)，情況則截然不同，因?yàn)楣庀辔浑S時(shí)間的變化對(duì)光功率的演化有重大影響。例如，與脈沖有限的光帶寬有關(guān)的光學(xué)相位的快速變化，會(huì)影響所涉及的群速度，可能還會(huì)影響有源光纖中增益的大小。(高階孤子脈沖的復(fù)雜演化就是一個(gè)例子。)因此，描述具有隨時(shí)間變化的復(fù)振幅的超短脈沖是很自然的，其中光功率與復(fù)振幅的模量的平方成正比，光學(xué)相位也包含在復(fù)振幅中。
慢變振幅
人們可能會(huì)認(rèn)為，定性地說，描述一個(gè)聲音信號(hào)的情況完全一樣。只是我們?cè)诠鈱W(xué)中有更高的頻率。然而，還有另一個(gè)非常重要的區(qū)別:在大多數(shù)情況下，光信號(hào)的帶寬比平均頻率小得多。因此，在解析或數(shù)值計(jì)算中，直接使用表示快速振蕩電場的復(fù)振幅往往是不明智的。相反，我們使用緩慢變化的振幅與快速振蕩的一個(gè)因子相結(jié)合，如下:
圖中ν0是光中心頻率
對(duì)于一個(gè)毫微秒的脈沖，例如，振幅A(t) 可能是純粹的真實(shí)描述光功率的上升和下降的時(shí)間尺度多個(gè)皮秒,而指數(shù)因子描述了快速光學(xué)振蕩,振蕩周期(1 /?ν0)只有幾個(gè)飛秒。
在數(shù)字上，我們通常使用一個(gè)離散的網(wǎng)格，它跨越一定的時(shí)間范圍，網(wǎng)格點(diǎn)有一定的時(shí)間間隔。我們稱它為脈沖的時(shí)間跟蹤。通常，它的點(diǎn)數(shù)(稱為N)是2的整數(shù)次方(例如28 or 210)，因?yàn)檫@極大地簡化了快速傅里葉變換算法的應(yīng)用(見下文)。
顯然，上面解釋的技巧對(duì)緩慢變化的振幅有很大的幫助：網(wǎng)格間距可以經(jīng)常比光振蕩周期長得多。
展開 超短脈沖的時(shí)空特性
持續(xù)時(shí)間以飛秒為單位的超短脈沖激光器對(duì)于基礎(chǔ)研究和工業(yè)應(yīng)用都具有重要意義和潛力。 例如，這種激光能夠?qū)Σ牧线M(jìn)行超精細(xì)加工，通常被稱為“冷”燒蝕(“cold” ablation)。 在VirtualLab Fusion中，將超短脈沖建模為寬帶光譜的組合，并考慮不同光譜模式之間的相關(guān)性。 這樣可以研究時(shí)空“spatial-temporal”（或空間光譜“spatial-spectral”）域中的超短脈沖特性，如以下示例所示。
高NA透鏡的脈沖聚焦 在超短脈沖的空間和時(shí)間輪廓上，我們研究了使超短脈沖通過具有高數(shù)值孔徑的透鏡傳播的效果。
飛秒脈沖聚焦 在VirtualLab Fusion中，我們模擬了使用高NA拋物面反射鏡對(duì)10 fs脈沖進(jìn)行聚焦的過程，并研究了時(shí)間行為和空間特性。
展開 [NEWSLETTER] 用于超短脈沖的高效光柵
事實(shí)證明，超短脈沖在許多現(xiàn)代應(yīng)用中很有幫助。 為了操縱超短脈沖，尤其是在大功率情況下，通常采用光柵來拉伸或壓縮脈沖。 這種光柵的設(shè)計(jì)需要仔細(xì)考慮：它們應(yīng)該在整個(gè)頻譜帶上保持高的衍射效率，有時(shí)甚至是在隨機(jī)偏振的入射場情況下。 在VirtualLab Fusion中，您可以使用FMM / RCWA設(shè)計(jì)光柵，將光柵插入帶有脈沖激光源的設(shè)置中以進(jìn)行系統(tǒng)性能評(píng)估。 我們用以下示例進(jìn)行演示。
使用高效透射光柵進(jìn)行超短脈沖的拉伸或壓縮
根據(jù)T. Clausnitzer等人的研究，我們演示了如何使用兩個(gè)透射光柵構(gòu)建一個(gè)脈沖拉伸或壓縮系統(tǒng)。 特別地，我們分析了這種系統(tǒng)的偏振相關(guān)性。
偏振無關(guān)的高透射效率光柵的分析與設(shè)計(jì)
我們展示了如何嚴(yán)格分析二元光柵的偏振相關(guān)特性，以及如何優(yōu)化二元結(jié)構(gòu)以獲得與偏振無關(guān)的高衍射效率。
更多相關(guān)信息，請(qǐng)發(fā)送郵件至: support@infotek.com.cn / support@infocrops.com
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