Пара дифракционных решеток

Рис. 8.15. Пара дифракционных решеток для сжатия импульса.

В ранних работах по сжатию оптических импульсов [2 10] использовались как положительная, так и отрицательная дисперсии в зависимости от того, как на импульс накладывалась начальная частотная модуляция. В случае отрицательной частотной модуляции [3] средой с положительной дисперсией служили жидкости или газы. В случае положительной частотной модуляции оказалось, что наиболее подходящим устройством с отрицательной дисперсией является пара дифракционных решеток [4, 7]. В этих экспериментах при сжатии импульсов не использовались нелинейные эффекты. Хотя использовать ФСМ для компрессии импульсов было предложено еще в 1969 г. [11, 12], эксперименты по сжатию импульсов при помощи ФСМ начали проводиться лишь в 80-х годах, когда одномодовые световоды из кварцевого стекла нашли широкое применение в качестве нелинейной среды [13-38]. Были получены импульсы длительностью 6 фс на длине волны 620 нм [20], а также достигнут коэффициент сжатия 5000 на длине волны 1,32 мкм [38]. Такой прогресс был достигнут только благодаря детальному описанию динамики импульса в волоконном световоде и оптимизации параметров световода при помощи численного моделирования [39-47]. [c.148]

ПАРА ДИФРАКЦИОННЫХ РЕШЕТОК [c.149]

Поскольку в волоконно-оптическом модуляторе (л2>0) частота промодулированной несущей нарастает от фронта к хвосту, оптический компрессор должен обладать аномальной дисперсией, т. е. время группового запаздывания для низкочастотных спектральных компонент, локализованных на фронте импульса, должно быть меньшим, чем для высокочастотных, локализованных на его хвосте. Простейший решеточный компрессор изображен на рис. 4.1. Он состоит из пары дифракционных решеток, расположенных параллельно друг другу. [c.174]

Простейший оптический компрессор можно составить из пары дифракционных решеток, расположенных параллельно друг другу (рис. 1.19 [19]), либо из пары дифракционная решетка — ретро рефлектор (например, зеркало, как показано на рис. 1.196, либо 90°-ная призма- крышка ). [c.55]

Нетрудно видеть, чго пара дифракционных решеток эквивалентна аномально диспергирующей среде длиной Ь с коэффициентом групповой дисперсии к2, равным [c.56]

Фазовая самомодуляция, возникающая при распространении лазерных импульсов по оптическому волокну, приобрела большое значение для оптической компрессии, т.е. сжатия во времени, коротких лазерных импульсов. Принцип действия такого компрессора, состоящего из одномодового оптического волокна и пары дифракционных решеток, обсуждался в 1.5. [c.192]

Рис. 3.9. Схема компрессии световых импульсов, основанная на фазовой самомодуляции в волоконном световоде получающаяся частотная модуляция с помощью пары дифракционных решеток переводится в относительную временную задержку фронта импульса по отношению к его спаду

Рис. 4.1. Компрессор, состоящий из пары дифракционных голографических решеток. Показан ход лучей, соответствующих длинам волн А, и X

Одним из важнейших применений нелинейных эффектов в волоконных световодах является сжатие оптических импульсов экспериментально были получены импульсы длительностью вплоть до 6 фс. В данной главе рассмотрены методы компрессии импульсов, их теоретические и экспериментальные аспекты. В разд. 6.1 изложена основная идея, представлены два вида компрессоров, обычно используемых для сжатия импульсов,- волоконно-решеточные компрессоры и компрессоры, основанные на эффекте многосолитонного сжатия. В волоконно-решеточном компрессоре используется отрезок волоконного световода с положительной дисперсией групповых скоростей, за которым следует дисперсионная линия задержки с отрицательной дисперсией групповых скоростей, представляющая собой пару дифракционных решеток. Дисперсионная линия задержки рассмотрена в разд. 6.2, в то время как в разд. 6.3 представлены теория и обзор экспериментальных результатов. В компрессорах, основанных на эффекте многосолитонного сжатия, используются солитоны высших порядков, которые существуют в световоде благодаря совместному действию фазовой самомодуляции (ФСМ) и отрицательной дисперсии. Теория такого компрессора представлена в разд. 6.4, далее следуют экспериментальные результаты. Следует отметить, что в одном из экспериментов по компрессии оптические импульсы были сжаты в 5000 раз при этом была использована двухкаскадная схема сжатия, в которой за волоконно-решеточным компрессором следовал оптимизированный компрессор, основанный на эффекте многосолитонного сжатия. [c.147]

НОМ компрессоре импульс сначала распространяется в световоде в области положительной дисперсии групповых скоростей, а затем происходит его сжатие при помощи пары дифракционных решеток. Задача световода - наложить практически линейную частотную модуляцию за счет комбинации нелинейных и дисперсионных эффектов [39]. Пара дифракционных решеток создает отрицательную дисперсию групповых скоростей, необходимую для сжатия импульсов с положительной частотной модуляцией [4, 7]. С другой стороны, компрессор, основанный на эффекте многосолитонного сжатия, состоит только из отрезка световода специально подобранной длины. Начальный импульс распространяется в области отрицательной дисперсии световода и сжимается за счет совместного действия ФСМ и дисперсии. Компрессия здесь обусловлен фазой начального сжатия, через которую проходят все солитоны высших порядков до того, как их начальная форма восстановится после одного периода соли-тона (см. разд. 5.2). Коэффициент сжатия зависит от пиковой мощности импульса, определяющей порядок солитона N. Оба типа компрессоров взаимно дополняют друг друга, работая обычно в разных областях спектра граница определяется длиной волны нулевой дисперсии ( 1,3 мкм для кварцевых световодов). Таким образом, волоконно-решеточный компрессор используется для сжатия импульсов в видимой и ближней инфракрасной областях спектра, в то время как компрессоры, основанные на эффекте многосолитонного сжатия, используются в области 1,3-1,6 мкм. В области 1,3 мкм за счет использования световодов со смещенной дисперсией можно применять компрессоры обоих типов. Двухкаскадная схема сжатия, где использовались оба типа компрессоров, позволила получить коэффициент сжатия 5000 в области 1,32 мкм [38]. [c.149]

В видимой и ближней инфракрасных областях спектра (л < 1,3 мкм) для сжатия импульсов обычно используют волоконнорешеточный компрессор [14 33]. Задача пары дифракционных решеток создавать отрицательную дисперсию групповых скоростей [4. 7] для импульсов, имеющих положительную частотную модуляцию после прохождения через световод. В данном разделе кратко описан принцип действия пары дифракционных решеток [48 51]. На рис. 6.1 показана схема дисперсионной линии задержки, состоящей из пары решеток представлены соответствующие обозначения. Импульс падает на первую из двух параллельных дифракционных решеток. Различным частотным компонентам в спектре импульса соответствуют разные углы дифракции. В результате разные частотные компоненгы испытывают различную временную задержку при прохождении через пару решеток. Оказывается, что оптический путь [c.149]

Фазовая самомодуляция в жидкостях с пС> приводит к возникновению положительного частотного свипирования импульса в тех его частях, где кривизна огибающей положительна. Для сжатия таких импульсов, как следует из рассмотрения 1.4, необходимы среды с аномальной дисперсией групповой скорости. В качестве таких сред использовались ячейки с парами металлов (в области частот вблизи однофотонного резонанса) [3], устройства, состоящие из пары дифракционных решеток [4], и некоторые типы интерферометров [5]. В экспе-шментах были реализованы коэффициенты сжатия 10 (от 20 до 2 пс 6] и от 100 до 7 ПС [7]). Недостатки схем компрессии, в которых используются неограниченные среды, связаны с неоднородностью частотного свипирования в поперечном сечении пучка и с тесной взаимосвязью пространственных и временных эффектов самовоздействия, приводящих к нестабильности параметров сжатых импульсов. [c.173]

Все, что нам осталось, — это найти подходящую оптическую систему, которая может обеспечить необходимую отрицательную дисперсию групповой скорости, т. е. отрицательную дисперсию групповой задержки dxdjdni. Одна из таких систем представляет собой пару параллельных одинаковых дифракционных решеток, изображенных на рис. 8.12 [18]. Чтобы это понять, обратимся к рис. 8.15. На нем показана плоская волна, описываемая лучом АВ, падающим на решетку 1. Волна распространяется под углом в к нормали решетки. Предположим, что падающая волна состоит из двух синхронных импульсов с частотами wi и Шг, причем со2>о)1. Вследствие дисперсии решетки импульсы проделают пути соответственно AB D и AB D . При этом мы видим, что задержка, которую испытывает импульс на частоте иг, а [c.523]

Другой недостаток пары решеток-это ее дифракционные потери. При дифракции первого порядка в импульсе обычно остается 60 80% всей энергии. Это приводит к тому, что за один проход энергия в импульсе уменьшается в 2 раза, а в двухкаскадной схеме-в 4 раза. Существуют две альтернативные схемы, которые могут создавать отрицательную дисперсию при относительно меньших потерях в некоторых случаях они могут служить достойной заменой. Первая схема использует интерферометр Жира Турнуа [2], предложенный в 1964 г. для сжатия импульсов. Такой интерферометр может отражать почти всю энергию импульса, при этом различные спектральные компоненты приобретают дисперсионный фазовый сдвиг в виде [c.152]

Недавно было показано, что пара призм может создавать отрицательную дисперсию при отражении [53]. Тем не менее требуемое расстояние между призмами обычно на два порядка больше, чем между решетками, из-за относительно малого значения дисперсии в кварцевом стекле. Это расстояние можно уменьшить, используя такие материалы, как стекло из тяжелого флинта [54] или кристалл TeOj [55]. Для призм из кристалла ТеО, расстояние между ними становится сравнимым с расстоянием между дифракционными решетками. В эксперименте [55] 800-фемтосекундные импульсы были сжаты до 120 фс при этом использовалась пара призм на расстоянии 25 см друг от jnyra. Поскольку потери энергии в паре призм можно сократить до 2% и менее, их использование, вероятно, станет общепринятым. В качестве альтернативы паре решеток в работе [56] было предложено использовать фазовую решетку, индуцированную в кристалле ультразвуковой волной со свипированной частотой. Если световод обладает фоторефракцией, то, пользуясь стандартными методами голографии, внутри его сердцевины можно создать постоянную [c.152]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...