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摘要 超短脈沖是激光材料加工應(yīng)用中一項(xiàng)非常具有前景的工具。 一方面，超短脈沖在熱量控制和精度方面通常具有優(yōu)越性；另一方面，由于色散效應(yīng)，在通過(guò)完整的光學(xué)系統(tǒng)傳播之后，保持脈沖持續(xù)時(shí)間具有一定挑戰(zhàn)。 在本案例中，我們選定幾個(gè)例子研究了脈沖展寬和材料色散之間的關(guān)系。

摘要 超短脈沖是激光材料加工應(yīng)用中一個(gè)很有前途的工具。一方面，超短脈沖通常在熱控制和精度等方面顯示出優(yōu)越性；另一方面，由于色散效應(yīng)，在通過(guò)一個(gè)完整的光學(xué)系統(tǒng)傳播后保持脈沖持續(xù)時(shí)間可能是一個(gè)挑戰(zhàn)。在這個(gè)例子中，我們根據(jù)選定的例子研究了脈沖增寬和材料色散之間的關(guān)系。

摘要 建模任務(wù) 超短脈沖是激光材料加工應(yīng)用中一個(gè)很有前途的工具。一方面，超短脈沖通常在熱控制和精度等方面顯示出優(yōu)越性；另一方面，由于色散效應(yīng)，在通過(guò)一個(gè)完整的光學(xué)系統(tǒng)傳播后保持脈沖持續(xù)時(shí)間可能是一個(gè)挑戰(zhàn)。

摘要超短脈沖是激光材料加工應(yīng)用中一個(gè)很有前途的工具。一方面，超短脈沖通常在熱控制和精度等方面顯示出優(yōu)越性；另一方面，由于色散效應(yīng)，在通過(guò)一個(gè)完整的光學(xué)系統(tǒng)傳播后保持脈沖持續(xù)時(shí)間可能是一個(gè)挑戰(zhàn)。在這個(gè)例子中，我們根據(jù)選定的例子研究了脈沖增寬和材料色散之間的關(guān)系。

摘要超短脈沖是激光材料加工應(yīng)用中一個(gè)很有前途的工具。一方面，超短脈沖通常在熱控制和精度等方面顯示出優(yōu)越性；另一方面，由于色散效應(yīng)，在通過(guò)一個(gè)完整的光學(xué)系統(tǒng)傳播后保持脈沖持續(xù)時(shí)間可能是一個(gè)挑戰(zhàn)。在這個(gè)例子中，我們根據(jù)選定的例子研究了脈沖增寬和材料色散之間的關(guān)系。

摘要 超短脈沖是激光材料加工應(yīng)用中一個(gè)很有前途的工具。一方面，超短脈沖通常在熱控制和精度等方面顯示出優(yōu)越性；另一方面，由于色散效應(yīng)，在通過(guò)一個(gè)完整的光學(xué)系統(tǒng)傳播后保持脈沖持續(xù)時(shí)間可能是一個(gè)挑戰(zhàn)。在這個(gè)例子中，我們根據(jù)選定的例子研究了脈沖增寬和材料色散之間的關(guān)系。

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)。

鎖模激光器中的色散補(bǔ)償 在用于產(chǎn)生飛秒脈沖的鎖模激光器中，由激光諧振器中的增益介質(zhì)和其他光學(xué)元件引入的色度色散通常并不理想，因?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致產(chǎn)生的脈沖變寬和啁啾。雖然自然產(chǎn)生的色度色散通常處于正常色散狀態(tài)（至少對(duì)于在短波長(zhǎng)下工作的激光器而言），但所需的色度色散可能接近零，甚至是反常的（對(duì)于在諧振器中形成準(zhǔn)孑子脈沖而言）。這種色散值可以通過(guò)引入反常色散的光學(xué)元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

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(lái)說(shuō)，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。

擴(kuò)散介質(zhì)中的脈沖展寬 我們研究超短脈沖的擴(kuò)展與脈沖傳播的不同材料的色散之間的關(guān)系。

一個(gè)有用的經(jīng)驗(yàn)法則實(shí)際上是：如果總?cè)貉舆t色散（群速度色散乘以光纖長(zhǎng)度）達(dá)到脈沖持續(xù)時(shí)間的平方，則色散脈沖展寬將會(huì)很明顯。對(duì)于非變換限制脈沖，光譜展寬更強(qiáng)。計(jì)算脈沖展寬效應(yīng)并不難：對(duì)輸入脈沖形狀進(jìn)行傅里葉變換。

圖 3： 時(shí)域中鎖模激光器的脈沖。它們的 160 W 峰值功率適中，但仍然太高而無(wú)法直接應(yīng)用高增益。因此，我們首先使用 100 m 長(zhǎng)的無(wú)源光纖作為色散脈沖展寬器，將脈沖持續(xù)時(shí)間增加到 46 ps，從而使峰值功率下降到 23 W。請(qǐng)注意，激光脈沖的初始啁啾增強(qiáng)了展寬；具有相同持續(xù)時(shí)間的變換限制脈沖將需要更長(zhǎng)的光纖長(zhǎng)度才能進(jìn)行加寬。

色散（參見(jiàn)第 10 部分）通常對(duì)超短脈沖也有很大影響。克爾非線性和色散的整體效應(yīng)與色散特性有很大關(guān)聯(lián)。例如，在具有反常色散的光纖中可以形成孤子脈沖。對(duì)于基階光孤子，自相位調(diào)制和色散共同作用使其不再有時(shí)域或光譜的展寬。對(duì)于高階光孤子，有一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的周期性演化過(guò)程。在正常色散范圍內(nèi)，色散會(huì)導(dǎo)致時(shí)域展寬，從而減少非線性相移，并且可能會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)啁啾脈沖。

而光纖損耗、色散和非線性效應(yīng)是其發(fā)展的主要限制因素。光纖的色散使光信號(hào)的脈沖展寬，而光纖中還有一種非線性的特性，光纖的非線性特性在光的強(qiáng)度變化時(shí)使頻率發(fā)生變化，從而使傳播速度變化，這種特性會(huì)使光信號(hào)的脈沖產(chǎn)生壓縮效應(yīng)。

如果我們創(chuàng)建沿光柵周期線性減小的光纖光柵，由于高頻率比低頻率光在光柵中傳播較長(zhǎng)時(shí)間后才發(fā)生反射，因此會(huì)出現(xiàn)低頻和高頻分量之間的時(shí)間延遲，這與SMF中產(chǎn)生的時(shí)間延遲正好相反。因此，在該系統(tǒng)中傳播和反射的脈沖將允許補(bǔ)償脈沖的色散展寬。色散系數(shù)Dg [ps/nm.km]。

而光纖損耗、色散和非線性效應(yīng)是其發(fā)展的主要限制因素。光纖的色散使光信號(hào)的脈沖展寬，而光纖中還有一種非線性的特性，光纖的非線性特性在光的強(qiáng)度變化時(shí)使頻率發(fā)生變化，從而使傳播速度變化，這種特性會(huì)使光信號(hào)的脈沖產(chǎn)生壓縮效應(yīng)。

而光纖損耗、色散和非線性效應(yīng)是其發(fā)展的主要限制因素。光纖的色散使光信號(hào)的脈沖展寬，而光纖中還有一種非線性的特性，光纖的非線性特性在光的強(qiáng)度變化時(shí)使頻率發(fā)生變化，從而使傳播速度變化，這種特性會(huì)使光信號(hào)的脈沖產(chǎn)生壓縮效應(yīng)。

在本文章中，我們將展示色散補(bǔ)償方案如何影響系統(tǒng)性能。色散的脈沖展寬效應(yīng)導(dǎo)致相鄰位周期中的信號(hào)重疊。這稱為碼間干擾（ISI）。展寬是距離和色散參數(shù)D的函數(shù)。色散參數(shù)以ps/nm/km為單位，隨光纖的變化而變化。它也是波長(zhǎng)的函數(shù)。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（SMF），在1.55um波長(zhǎng)范圍內(nèi)，D值通常大約為17ps/nm/km。對(duì)于色散位移光纖（DSF），在同一窗口中的最大值為3.3ps/nm/km。

在本文章中，我們將展示色散補(bǔ)償方案如何影響系統(tǒng)性能。色散的脈沖展寬效應(yīng)導(dǎo)致相鄰位周期中的信號(hào)重疊。這稱為碼間干擾（ISI）。展寬是距離和色散參數(shù)D的函數(shù)。色散參數(shù)以ps/nm/km為單位，隨光纖的變化而變化。它也是波長(zhǎng)的函數(shù)。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（SMF），在1.55um波長(zhǎng)范圍內(nèi)，D值通常大約為17ps/nm/km。對(duì)于色散位移光纖（DSF），在同一窗口中的最大值為3.3ps/nm/km。