啁啾脉冲堆积及其放大特性

　　根据目前惯性约束聚变(ICF)中满足不同物理实验的需求,要求惯性约束聚变激光驱动器的前端系统可以输出任意整形的光脉冲,并且可以对脉冲放大过程中的畸变进行补偿。原理上说,纳秒级激光脉冲整形大致可以分为以下几种方法:电光方法、时空变换方法、全光学方法和集成光学方法。目前采用的主要技术途径有两种:一是采用利用整形超短电脉冲进行光波导调制;二是光纤脉冲堆积技术[1-2]。

　　尽管目前惯性约束聚变驱动器多采用整形超短电脉冲整形的方法,但在我国目前技术条件下,要产生任意形状的快上升沿超短电脉冲难度较大,而且很难实现整形脉冲与超短脉冲的零同步。

　　1997年,日本大阪大学首先报道了采用多模光纤分束光脉冲堆积整形的方法得到了快上升沿(约50 ps)的可任意整形的脉冲[2-3]。随着国内惯性约束聚变技术的发展和新型惯性约束聚变驱动器的要求,我们采用了一种并联式全光纤可编程啁啾光脉冲堆积整形方法,得到了上升沿小于80 ps的可任意整形脉冲。啁啾脉冲在光纤中的放大传输特性国内外已有较多报道[3-9],但是啁啾脉冲堆积以及多周期啁啾脉冲的放大特性的研究报道较少,尤其近几年由于惯性约束聚变的要求,对于采用啁啾脉冲堆积方案的新前端系统,多周期啁啾脉冲的放大特性研究尤为重要。本文主要对这种堆积脉冲性质及其在光纤中的传输、放大进行了模拟,并对其传输放大特性进行了分析。

　　1　啁啾脉冲堆积原理及模型

　　啁啾脉冲堆积的原理就是把光纤锁模激光器输出的脉冲序列通过光纤光栅展宽并通过光谱滤波得到所需要的谱宽,同时脉冲展宽过程中引入了线性啁啾,然后通过分束、延时、以及光功率衰减,最后合束成任意形状的脉冲[1]。由于实际滤波过程中采用高斯形光谱滤波器滤波,因此模拟时假设进行啁啾脉冲堆积的各基元脉冲为线性高斯啁啾脉冲

　　根据啁啾脉冲堆积的原理,得到啁啾脉冲堆积的光脉冲为

 (2)

式中:αk表示第k个基元脉冲的衰减因子;r表示相邻两基元脉冲的重叠度;C为脉冲的啁啾参量;TFWHM是基元脉冲的半高全宽;ω0为基元脉冲的中心频率;τ为基元脉冲的宽度。

　　目前采用32路啁啾脉冲堆积得到多周期啁啾平顶脉冲,但是由于多路啁啾脉冲堆积的情况比较复杂,为了掌握多路堆积脉冲的特性,本文研究了两路脉冲堆积的时间与光谱特性并对结果进行分析说明。首先根据式(2)中得到的堆积光脉冲公式对两路啁啾脉冲堆积时进行公式化简,两路脉冲堆积的时候表示为

  (3)