啁啾脉冲放大(Chirped Pulse Amplification)概要
简述啁啾脉冲放大过程
简述啁啾脉冲放大过程
啁啾脉冲放大( chirped pulse放大)是一种基于相对论效应的放大器技术,常用于放大高能量、高频率的脉冲信号。
该技术的基本思想是将高速移动的粒子(例如电子)与接收器中的激光脉冲进行相互作用,从而将能量转化为功率,使得
放大倍数得以提高。
啁啾脉冲放大的过程如下:
1. 粒子通过高速运动的空间隧道,与接收器中的激光脉冲相遇。
2. 粒子受到相对论效应的影响,其能量发生膨胀,同时其速度发生减慢,使
得粒子与激光脉冲之间形成压缩的时空结构。
3. 压缩的时空结构会产生啁啾脉冲,其能量与粒子的能量相等,但频率比激光脉冲的频率低。
4. 啁啾脉冲被接收器中的探测器探测到,并转化为功率输出,从而实现放大。
啁啾脉冲放大的优点是具有高能量密度、高增益、低噪声等优点,同时具有空间分辨率高、抗电磁干扰等特点。
该技术可以应用于各种领域,例如激光通信、精密测量、高能物理实验等。
除了相对论效应外,啁啾脉冲放大还受到其他因素的影响,例如粒子的偏振、空间隧道的曲率等。
为了进一步提高放大倍数,需要对这些因素进行控制和优化。
啁啾脉冲放大是一种具有广泛应用前景的放大器技术,其独特的思想和方法为各种领域的信号放大提供了新的思路和选择。
谈2018年诺奖中的啁啾脉冲放大技术
谈2018年诺奖中的啁啾脉冲放大技术2018年诺贝尔物理学奖除给了光镊发明者Arthur Ashkin，另一部分给了啁啾脉冲放大技术（CPA）的发明者Mourou先生和他的学生Strickland教授。
既出人意料，也在意料之中。
飞秒激光脉冲的放大，在很长时间内是令人头痛的问题。
主要问题是，极短的脉冲不利于吸收放大介质中的能量，和高峰值功率极易破坏放大器中的光学元器件。
对后者，简单的解决方法是，将脉冲的光束截面扩大，以减少单位面积内的脉冲能量和功率。
可是，面积的扩大可能会带来泵浦能量密度的减少，更不利于吸收增益介质储存的能量。
而且，光束面积的扩大是有限的。
Mourou先生及其学生Strickland，联想到雷达放大技术。
雷达脉冲放大，就是利用雷达脉冲的宽带频谱，把雷达脉冲调制为频域的啁啾（类似鸟的叫声），在时域就是脉冲的展宽，再放大，以避免高峰值功率破坏的。
能不能把这个技术移植到激光脉冲放大呢？因为飞秒激光脉冲本身也对应着非常宽的光谱。
利用色散技术（不同的波长速度不同），将脉冲在时域展宽，然后再放大，不就既能避免放大中的光学损伤，又能更有效地获取增益了吗？接下来的问题是，介质材料的色散实在太小，有限长度内展宽不了多少。
所幸的是，时间已至1980年代中期，光纤技术已经成熟。
用光纤啊！于是，他们就用几公里的光纤，把脉冲展宽到了几百皮秒。
后面的放大就顺理成章了。
因为是利用频率的啁啾将脉冲展宽再放大的，这种技术就被命名为啁啾脉冲放大技术（chirped pulse amplification，CPA）。
放大后，脉冲再压缩原来的宽度。
但是发现，因为高阶色散的失配，光纤展宽后的脉冲再压缩并非完美。
直到光栅脉冲展宽器发明，光纤脉冲展宽器才被淘汰（当然有的场合还在用），脉冲压缩才逐渐完美。
这是后话了。
这个发明可不得了。
飞秒脉冲的峰值功率从原来的千瓦级，一下子就蹿升到了兆瓦（106W），到太瓦（10^12W），直到现在的拍瓦（1015W）【见下图】。
第十二讲 啁啾脉冲放大器电子版本
560 TW OPCPA by Russia
Main Routes for Petawatt laser
•CPA based on Ti:Sapphire: 800 nm wavelength; broad
bandwidth (30 fs), repetitive (0.1 Hz); 30 J
•CPA based on Nd:glass: 1053 nm, 400 fs, >200 J, one
3.08 ns
Diffraction-grating pulse compressor
The grating pulse compressor also has negative second-order phase.
Grating #2
d2 d 2 0
03 2c2d
2
Lsep
cos2 (' )
t = t [d/d]–1 = 0.44 [d/d]–1 = 0.44 2/c0
where we’ve neglected the minus sign since we’re computing the bandwidth, which is inherently positive. So the bandwidth is:
shot per hours;
• OPCPA based on KD*P: 40-80 fs; 910 nm or 1053 nm,
35 J; single shot
Petawatt example: petawatt hybrid OPCPA-Glass laser-Texas
Petawatt scheme
where d = grating spacing (same for both gratings)
啁啾激光脉冲放大技术原理
啁啾激光脉冲放大技术原理引言：随着科技的不断发展，激光技术在各个领域中得到了广泛的应用。
而其中的一项重要技术，就是啁啾激光脉冲放大技术。
本文将围绕此技术的原理展开阐述，旨在为读者提供更深入的了解。
一、激光脉冲放大技术概述激光脉冲放大技术是一种利用激光器对脉冲信号进行放大的技术，广泛应用于高能物理实验、激光雷达、激光医疗等领域。
而啁啾激光脉冲放大技术则是在传统激光脉冲放大技术的基础上进行改进和优化的一种技术。
二、啁啾激光脉冲放大技术原理啁啾激光脉冲放大技术的原理可以简单概括为以下几个环节：脉冲生成、脉冲放大和脉冲压缩。
1. 脉冲生成啁啾激光脉冲放大技术的第一步是生成脉冲。
通常采用的方法是通过模式锁定激光器产生超短脉冲。
模式锁定是一种通过调整激光器内部的光学元件，使其产生特定的模式来实现脉冲的方法。
2. 脉冲放大在脉冲生成后，需要对脉冲进行放大以增强其能量。
啁啾激光脉冲放大技术采用了一种特殊的放大器，即所谓的“啁啾放大器”。
啁啾放大器的特点是能够将传入的脉冲进行放大，并保持其原有的啁啾特性。
啁啾放大器的工作原理是利用一种称为“自相位调制”的技术。
通过在放大器中引入控制信号，调节放大器的折射率，从而实现对脉冲的放大。
同时，通过在放大器中引入特定的谐振腔结构，可以增强脉冲的激光场强度，进一步提高放大效果。
3. 脉冲压缩在脉冲放大完成后，为了进一步提高脉冲的功率和能量密度，需要对脉冲进行压缩。
啁啾激光脉冲放大技术通常采用非线性光学晶体或光纤等器件来实现脉冲的压缩。
脉冲压缩的原理是利用非线性效应，在光学晶体或光纤中产生高阶谐波，从而使脉冲的频谱发生变化，实现脉冲的压缩。
通过适当设计压缩器的结构和材料，可以实现对脉冲的高效压缩，从而得到更高功率和更短脉冲宽度的激光。
三、啁啾激光脉冲放大技术的优势啁啾激光脉冲放大技术相对于传统的激光脉冲放大技术具有以下几个优势：1. 高能量：啁啾放大器可以有效地将传入的脉冲进行放大，从而实现高能量输出。
超快激光脉冲的产生和放大
2005年4月 湘南学院学报 Apr.,2005 第26卷第2期 Journal of Xiangnan University Vol.26No.2收稿日期:2005-02-08作者简介:董 辉(1978-),女,湖南宜章人,湘南学院物理系助教.超快激光脉冲的产生和放大董 辉,姚 敏(湘南学院物理系,湖南郴州 423000)摘 要:超快激光脉冲是实现超高速通信最为重要的部分.近十年来,啁啾脉冲放大技术和宽带增益介质的结合,高功率超快激光脉冲取得了迅猛的发展.在小型实验室桌面激光器就可以产生数太瓦功率的激光.本文介绍了用啁啾脉冲放大技术实现超快脉冲的产生和放大.关键词:超短激光脉冲;啁啾脉冲放大;飞秒中图分类号:TN248 文献标识码:A 文章编号:1672-8173(2005)-02-0033-051 引言啁啾脉冲放大(Chirped -Pulse -Amplification,简称CP A)[1]技术是目前使用最普遍和最有效的一种超短脉冲激光放大技术.CPA 技术和固体放大介质相结合,就能放大产生峰值功率达TW(1012W)、甚至PW(1015W)量级的超强超短脉冲输出[2].当今几乎所有的高功率超短脉冲激光系统都采用啁啾脉冲放大技术来实现.啁啾脉冲放大系统示意图如图1所示.图1 啁啾脉冲放大系统示意图啁啾脉冲放大技术是在1985年由D.Strickland 和G.Mourou 最先提出的[1],目的是为了提高超短脉冲的能量,同时又要在放大的过程中克服自相位调制和自聚焦等非线性效应对脉冲的影响.其基本原理是在脉冲放大前首先用展宽器把超短脉冲展宽到纳秒(10-9s)或亚纳秒量级,然后把展宽后的长脉冲进行放大,放大完成后再用压缩器把放大后的长脉冲压缩回其原来的宽度,从而就可获得大能量、高峰值功率的超强超短激光脉冲输出.通过展宽,放大介质的能量可以有效的被萃取,又避免了强激光对放大器的损坏.C PA 技术对于储能密度较高(1J-10Jc m -2)的固体放大介质的有效利用特别有益,因为充足的能量在很短的时间内被萃取必然导致光强超过放大介质的损坏阈值.为了能够把放大后的长脉冲压缩回其原来的宽度,正确的激光系统设计就显的尤为重要了.本文在接下来的部分介绍高功率超短脉冲的各种组成部分.2 超短脉冲激光振荡器啁啾脉冲放大系统分为超短脉冲的产生和放大两个部分.虽然在1988年就有利用CPA 技术到报道[3],但并没有得到广泛的应用,直到简单可靠的锁模飞秒激光光源工作在宽带固体放大介质的波长范围内,例如Ti:sapphire (800nm),Nd:glass (1.06nm)和Cr:LiSAF (850nm).要产生超短脉冲,必须要有宽频带增益介质的支持.因为光脉冲的时间和光谱特性通过傅里叶变换彼此是相关的,所以光谱宽度v W P 和脉冲宽度S P 之积存在一个最小值,即傅里叶变换极限.v X P S P =2P v T P S P =2P C B (2.1)式中C B 是近似为1的常数.由(2.1)可知,脉宽越短的光脉冲其频率带宽越大.所以若要得到超短激光脉冲,增益介质的发射频谱必须要有足够大的频宽,这样才能提供足够的频率成分来合成超短脉冲.在1990年,D. E.Spence 等人发现了钛宝石(Ti:sapphire)激光器中的自锁模现象[4],并率先把钛宝石激光振荡源的输出脉冲宽度降低到60fs 后,CP A 技术得到了飞速的发展.掺杂钛宝石晶体是一种优秀的超短脉冲放大介质,它具有以下的优点:¹增益谱线宽,波长范围从600nm 到1100nm,º良好的导热性,»能量存储密度接近1Jc m -2.因此钛宝石也特别适用做超短脉冲激光放大系统的增益介质.理想激光器的输出光束应只有一个模式,然而若不采取选模措施,多数激光器的工作状态往往是多模的,含有多纵模及多横模的激光束单色性及相干性较差.现有的被动锁模染料激光器依赖于染料的低能量存储密度使得锁模容易实现,而被动锁模却在大部分固体增益介质中不可行[5].自锁模钛宝石激光器却使用一种不同的机制来实现超短脉冲的产生:克尔非线性效应.一般透明的光学介质都具有光学克尔效应(optical Kerr ef -fect),也就是介质的折射系数n 随着光强度I 而变化:n(I)=n 0+n 2I(t)(2.2)式中,n 0为与光强无关的折射率,n 2为非线性折射率,I(t)为脉冲的光强.低吸收介质的n 2都很小,所以通常克尔效应可以忽略,但是对于一强度很高的超短脉冲而言,这种非线性效应则有明显的影响.表现在时间上会出现自相位调制,使得脉冲频宽增加;表现在空间上,正的n 2会导致自聚焦(self-focusing)效应而改变其空间模式.利用这种特性我们可以设计激光共振腔,使得强度较高的空间模式具有比较大的增益,强度较低的模式具有比较小的增益,如此强者越强、弱者越弱,脉宽因而被压缩更短[6].由于这种锁模机制是利用克尔效应所引起的自聚焦现象,故称之为克尔透镜锁模.这种激光腔如图2所示[5].图2 克尔透镜锁模振荡器在图2所示的激光装置里可以获得脉宽为8fs 的超短脉冲[5],这些脉冲由于棱镜的高阶色散调制,其频谱不再是简单的高斯线型或双曲线型.放大后的脉冲通过整形和调整中心波长可获得更短的脉冲.最终限制激光脉冲宽度减小的因素仍是一个研究的主题.对于超短脉冲,时域和空域的耦合变的很复杂.对于脉宽小于10fs 超短脉冲,在光腔内同时出现的自聚焦和自相位调制效应导致不同频率成分的波的发散变得显著起来.这些因素使得高功率超短脉冲放大的研究转移到能有效的避免增益变窄上面.3 脉冲展宽和压缩超短脉冲在放大之前,展宽器将脉冲展宽到原来的103-104倍,展宽的程度是由克服光束对光学元件的损坏和非线性引起的脉冲波形畸变决定的.脉冲展宽后峰值强度降低,然后再送入放大器进行放大.此时脉冲强度大幅降低,所以能够有效地放大其能量而不会损坏光学元件,直到其峰值强度接近放大器系统的损坏阈值为止.当放大完成后,在空间上将脉冲扩束以降低其峰值强度,然后送入脉冲压缩器在时间上将脉冲压缩回原来的脉冲宽度,而得到极高峰值功率的超短激光脉冲[6].超短脉冲(10fs-1ps)在展宽器中通过引入频率啁啾来展宽脉宽,当一脉冲通过光学介质时,其高频成分较低频成分传输得慢些,所以脉冲将展宽成为一个频率随时间变化的啁啾脉冲.脉冲在光纤等光学介质中传播一段距离便可很容易的获得频率啁啾.在光纤中自相位调制效应会展宽脉冲的频率带宽,而其高阶色散引起的波形失真使得光纤不适用于飞秒脉冲.为了获得更大的展宽因子,用光栅对可让脉冲频谱中不同颜色的光在光学系统中经历不同的路程.Mar -tinez 通过在光栅对里放置一个望远镜来实现上述想法[7].采用这种装置,可以实现展宽/压缩的完美匹配.脉冲压缩器则与脉冲展宽器刚好相反,让较快的低频成分通过较长的光学路径,而较慢的高频成分通过较短的光学路径,于是脉冲就被压缩回原来的脉宽.在理想的啁啾脉冲放大系统中,脉冲展宽器与脉冲压缩器是完全对称,也就是说脉冲展宽器所引入的色散,会在脉冲压缩器内完全补偿,使得脉冲回到原本展宽前之波形.但是放大器系统中除了以上两者,还包含许多其他的光学介质,例如透镜、极化晶体、偏振片以及增益介质等,另外还有在放大过程中的增益饱和与B 积分效应所引入的相位变化,这都会使得放大后的激光脉冲无法有效压缩.4放大自20世纪80年代末期超短脉冲固体激光光源出现以来,绝大部分的高功率超短脉冲激光器都采用固体放大介质,包括钛宝石、Nd:glass、alexandrite和Cr:LiSAF等.这些介质具有相对比较长的上能级寿命、高的饱和能流密度(从1到几十Jcm-2)、宽的发射频带和高的损坏阈值.在过去的十多年里,钛宝石放大介质得到了最为广泛的应用,脉冲通过很小直径(20mm)的放大介质的12-15程三级放大,能量便能超过1J.尽管钛宝石的增益带宽较大,但由于放大介质的有限带宽,放大过程不仅可以放大脉冲的能量,同时也可以对脉冲产生频移和变形.由于增益介质对脉冲的不同频谱成分的放大程度不同,对靠近中心发射频率的放大高于其对两侧其它频谱成分的放大,这会导致脉冲经过多次放大后其输出频谱变窄,如图3(a)[5]所示.这种效应叫增益变窄.增益变窄在整个脉冲的放大过程中都存在,是影响激光放大器输出脉冲质量的重要因素.另一种对脉冲形状造成影响的是增益饱和效应.在放大过程中,啁啾脉冲的前沿消耗了大量的激发态反转粒子数,以至脉冲后沿得不到和前沿同样的放大.所以脉冲后沿所能获得的增益就会降低,当放大器接近饱和时,这种效应最为显著,故称之为增益饱和.对于一个正啁啾激光脉冲,其前沿瞬间频率较后沿低,所以这种效应会导致输出频谱的红移.这就是如图3(b)[5]所示的频移.其它的放大介质都有增益变窄、频移和增益饱和现象,且比钛宝石更为严重.对于脉宽小于20fs的脉冲,增益变窄成为放大带宽限制的主要因素.图3(a)预放大前后的脉冲(b)功率放大前后的脉冲还有一种非线性效应会引起脉冲波形的变形,当脉冲峰值强度上升时,通过增益介质、透镜、极化晶体等光学元件将引入额外的非线性相位变化,这会对放大后的脉冲波形造成失真.我们一般以所谓的B积分参数来度量这种非线性相位变化的大小:B=2P K Q v n n dl=2P K n2Q l0I(z)dz(4.1)其中K是脉冲中心波长,n2是通过介质的非线性折射率,I(z)是脉冲峰值强度,积分是对介质长度做积分.一般而言,要维持放大后激光脉冲波形没有严重的失真,B积分参数必须限制在一定的范围[3].大多数的高功率超短脉冲激光系统把振荡源产生的超短脉冲,经展宽器展宽后,使用高增益的前置放大器放大,超短脉冲能量从nJ量级放大到1mJ-10mJ量级,放大器的大部分净增益(~107)是在这一阶段获得的.经前置放大器放大后的脉冲进入功率放大器,脉冲在这一阶段吸取足够的能量使输出的功率达到tW量级.脉冲放大器按工作方式分为再生放大和多程放大两种[5].再生放大是把脉冲引入一个稳定的谐振腔进行放大,放大完成后用电光装置把脉冲引出来.再生放大器中脉冲可以在谐振腔中来回放大多次(~20),每次的放大倍数较小,输出脉冲质量较高.再生放大器每次的放大倍数较小是为了避免放大的自发辐射的形成.放大的自发辐射的存在增加了放大器的噪声,同时自发辐射引起的受激辐射将使激光上能级寿命减少.当放大的自发辐射引起的上能级粒子衰减率与其他驰豫过程造成的衰减率可以比拟时,反转粒子数将显著下降,因而增益系数也随之下降[8].再生放大器需要的光学元件多,对放大脉冲产生的高阶色散大,增加了脉冲压缩的困难,因此不适宜直接放大脉宽小于20fs-30fs的脉冲.尽管这样,仍有用再生放大器对脉宽为30fs或更短的脉冲进行放大的报道[9,10].多程放大不同于再生放大,它是利用反射镜把光束折叠,让折叠后的光束分别以不同角度通过同一块增益介质进行放大.由于多程放大不需要谐振腔,放大的自发辐射可以得到很好的抑制,这样单程增益(~10)也就比再生放大器的高,通过放大介质的次数也就少(一般小于10次).多程放大具有对脉冲引入的高阶色散少,增益变窄轻和由于B积分引起的非线性相位失真较小等优点,因此更适合于对超短脉冲进行放大.虽然钛宝石有很高的热导率,但由于在放大的过程中为了获得足够大的单程增益,数十瓦功率聚焦在大约1mm的直径上,会造成钛宝石的热畸变,例如热透镜、双折射和应力效应.钛宝石的折射率会随着激光强度的变化而变化,且局部的热膨胀使晶体的表面发生变形而加剧聚焦效应[5].无论是再生放大还是多程放大,连续通过放大介质而积累的热透镜效应会很快的增大放大光束的尺寸.在再生放大器中,可以采用设计谐振腔补偿热透镜效应,而在多程放大器中,可以采用增加负透镜的方法[5].自20世纪90年代以来,经过许多研究小组的努力,钛宝石超短脉冲激光器取得了显著的发展.在重复频率为10Hz的情况下,放大后的脉冲能量超过2J,脉冲宽度为20fs-25fs,峰值功率高达100TW[11].5聚焦强度啁啾脉冲放大系统输出的脉冲的空间品质对于应用目标来说非常重要.在放大器中存在着几何像差、光学元件的表面质量、镜子的有限大小、热效应和掺杂钛宝石晶体的不均匀等因素会影响光束的聚焦.也就是说每一种影响都会降低脉冲的空间特性,例如能量分布和波前.其结果会导致出现不同的传输模式和降低聚焦质量,大量的能量蔓延到焦斑的侧翼上[5].焦斑的直径也就变大,激光强度降低.从强度的理论定义中就知道空间品质的重要性.I=EP r2v S(5.1) E是光束的能量,r是焦斑最大强度1/e2的半径,v S是脉冲持续时间.通过减小焦斑的尺寸来获得更高的光强比通过增加放大级数来增加能量和减小脉宽来说更为有效.6结论自20世纪90年代以来,高峰值功率超快激光技术研究取得了飞速的发展,并且在不久的将来肯定会取得激动人心的进步.激光脉冲可以达到更高的能量、更短的脉冲宽度,更小的聚焦点.在原有的基础上,实验室桌面激光器在脉冲的峰值功率、脉冲宽度等方面的性能会得到继续提高,将其聚焦之后的峰值强度由目前的1020W/cm2推进到1023W/cm2,而带领当代物理研究走向新的突破.这些发展使超快光学进入X射线频域范围,在工业如精密仪器、激光测距、光纤通信、超高速信息处理、光电子等领域得到广泛的应用.参考文献:[1]D.Strickland,pression of a mpli f ied chirped optica l pulses[J]mun.,1985,56(3):219-221.[2]M. D.Perry, D.Pennington, B. C.Stuart et al.Peta watt laser p u lses[J].Opt.Lett.,1999,24(3):160-162.[3]Pessot M,Strickland D,Bado P,Pessot M,Mourou G.Gene r a tion o f ultrahigh p eak power p u lses by chirped p ulse am pli fication[J].IEEEJ.Quantu m Electron1988,(24):398.[4]D.E.Spence,P.N.Kean,W.Sibbert.60-fsec pulse generationfrom a sel f-mode-locke d Ti:sapp hire lase r[J].Opt.Lett.,1991,16(1):42-44.[5]G.Cheriaux,J.P.Chambaret.Ultra-short high-intensity laser pulse generation and am pli fication[J].M eas.Sci.Technol.,2001,(12):1769-1776.[6]朱旭新,陈聿昕,汪治平,李超煌,陈赐原.十兆瓦超短脉冲雷射系统[J.科仪新知,2002,23(6):5-18.[7]E. B.Treacy.Optical pulse compression with di ff raction gratin g[J].IEEE J.of Quantum.Electron.,1969,5(9):454-458.[8]周炳昆,高以智,陈倜嵘,陈家骅.激光原理[M].北京:国防工业出版社,2000.203.[9]C.P.J.Barty,T.Guo, C.L.Blanc et al.Gene r a tion o f18-fs,multitera watt pulses by regene rative pulse sha pin g and chirped-p u lseam pli fica tion[J].Opt.Lett.,1996,21(9):668-670.[10]C.P.J.Barty,G.Korn, F.Raksi et al.Regene r a tive pulse shaping an d am p li fication of ultrabroadban d optical pulses[J].Opt.Lett.,1996,21(3):219-221.[11]K.Yamakawa,M.Aoyama,S.M atsuoka et al.100-TW sub-20-fs Ti:sapphire laser system operating at a10-Hz repetition rate[J].Op t.Lett.,1998,23(18):1468-1470.(下转第46页)[22]凌绍明,隆金桥.新固体酸Nafi on/SiO2催化合成环己烯[J].化学世界,2002,43(10):556-557,555.[23]周书喜,凌刚.硅铝酸盐催化制备环己烯[J].精细石油化工进展,2001,2(12):21-22.[24]张敏,袁先友.脱铝超稳Y沸石催化环己醇脱水制环己烯[J].精细化工,2000,17(5):287-289.[25]陈海生,陈庆元,郑淑贞等.天然丝光沸石催化环己醇脱水制备环己烯[J].化学试剂,1997,19(4):242-244.[26]陈平.H B沸石催化环己醇脱水制备环己烯[J].化学试剂,2004,26(5):299-300,310.Preparation of Cyclohexene from Dehydration ofCyclohexanol Catalyzed by Solid AcidYU Shan-xin,GU AN Shi-bin,LIU Mei-yan(C ollege of Chemistry and Chemical Engineering,Hunan Normal University,Changsha410081,China)Abstract:The preparation of cyclohe xene by dehydration of cyclohexanol on catalyst:p-toluene sulfonic acid;stannic chloride pentahydrate;stannous chloride dihydrate;ferric chloride hexahydrate;sodium bisulfate monohy-drate;Ti4+-Cationic exchange resin;solid superacid;heteropoly acid and zeloite molecular sieve were revie wed.It point out the solid superacid,heteropoly acid and zeloite molecular sieve are all good catalysts for preparation of cyclohe xene by dehydrate of cyclohexanol.Key w ords:c yclohexene;preparation;cyclohexanol;dehydration;catalyst(上接第36页)The Generation and Amplification of Ultra-fast Laser PulseDO NG Hui,Y AO Min(Department of Physics,Xiangnan University,Chenzhou423000,China)Abstract:Ultra-fast laser pulse is the most important part of the ultra-fast c ommunication syste ms.Since1990s the development of high-power laser pulses has made an unprecedented progress thanks to the c onjunction of the chirped pulse technique and the spec trally broad-band laser sers is capable of producing mult-i terawatt pulses in a small laboratory.We review the generation and the a mplification of ultra-fast pulses by the chirped pulse amplification technique.Key w ords:ultra-fast laser pulse;chirped pulse amplification;femtosecond。
啁啾脉冲放大过程
啁啾脉冲放大过程啁啾脉冲放大过程，指的是通过放大器对啁啾脉冲进行放大的一种技术过程。
啁啾脉冲是一种时间上稳定的脉冲信号，一般用于激光器中的腔补偿、光纤通信等领域。
在这个过程中，放大器通常以线性放大的方式将啁啾脉冲的幅度进行放大，而不改变脉冲的时间特性。
啁啾脉冲放大过程的关键是选择合适的放大器，并进行适当的配置。
通常情况下，放大器会采用光纤放大器或半导体放大器，这些放大器具有较高的增益和较低的噪声特性，能够有效地放大啁啾脉冲信号。
在放大器的选择上，需要注意的是放大器的带宽要足够宽，以便能够传输啁啾脉冲中的高频分量。
此外，放大器的线性范围也需要符合需求，以避免非线性失真对脉冲信号造成的影响。
在配置放大器时，需要将放大器的输入端与信号源（通常是激光器）连接起来，将输出端与需要接收啁啾脉冲信号的设备连接起来。
同时，需要根据需求调整放大器的增益、工作模式等参数，以确保放大器能够在满足信号需求的同时保持系统的稳定性。
当输入啁啾脉冲信号经过放大器后，输出信号的幅度会增加，同时保持脉冲的时间特性不变。
放大后的信号可以用来驱动其他设备，如光电探测器、光纤调制器等，以实现数据的传输和处理。
在啁啾脉冲放大过程中，需要注意的是保持信号的幅度和相位稳定性。
幅度稳定性能够保证信号的质量，而相位稳定性则对于保持啁啾脉冲的时间特性非常重要。
因此，在选择和配置放大器时，需要考虑到放大器的稳定性、温度对放大性能的影响等因素，并采取相应的措施进行补偿或调节。
总之，啁啾脉冲放大过程是一种通过放大器对啁啾脉冲进行放大的技术过程。
在这个过程中，需要选择合适的放大器，并进行适当的配置，以确保放大器能够对信号进行高质量的放大，并保持脉冲的时间特性。
该技术广泛应用于激光器、光纤通信等领域，为实现高速、高质量的数据传输提供了重要的技术支持。
啁啾脉冲放大技术应用
啁啾脉冲放大技术应用
啁啾脉冲放大技术是一种广泛应用于光电领域的先进技术。
它的主要应用包括以下几个方面：
1. 激光脉冲放大：啁啾脉冲放大技术能够将短激光脉冲放大，提高其峰值功率，广泛应用于激光雷达、激光切割、激光焊接等领域。
2. 核物理和粒子物理研究：啁啾脉冲放大技术也可用于研究微观世界，例如制造超高速相机，利用飞秒量级的脉冲对原子和分子进行拍照，以更好地洞察微观世界的秘密。
3. 医学领域：啁啾脉冲放大技术可以用于精确的医疗诊断和治疗。
例如，使用该技术可以精确地对生物物质进行切割和钻孔，也可以用于制造手术支架，扩张和加固人体内血管、尿道和其他通路。
此外，该技术还可以用于制造超强的激光束，用于低成本、高精度的粒子加速。
4. 科研领域：啁啾脉冲放大技术还被用于模拟和研究一些极端条件下的物理现象，例如超强激光场中的电子加速、分子解离等现象。
总的来说，啁啾脉冲放大技术的应用非常广泛，从科研到医疗，从工业生产到军事应用，都有其重要的应用价值。
啁啾脉冲放大(Chirped-Pulse-Amplification)
美国光谱物理公司生产的啁啾脉冲放大器Hurricane的光学结构示意图
Thank you！
Chirped Pulse Amplifi实例
Femtosecond Lsar？
1
脉冲形式：不是一 直在发射的，而是 每隔一段时间T发 射一个包络。
2
脉宽短：每个脉冲 包络持续的时间只 有飞秒量级。
3
光谱很宽：不再是 单色的，而是具有 不同的颜色成分。 这与传统意义的激 光已经不同了。
femtosecond？
1fs=10 -15 s
Martinez stretcher
垂直偏振的种子光导入通过glan prism反射进入腔体，进过两次packel cell变 为水平偏振透过G3飞向增益介质
之后P.C.加高压变为半波片，脉冲在腔内来回一周通过两次P.C.，偏振 不变，多次往返实现放大
啁啾脉冲放大器原理
啁啾脉冲放大器原理
啁啾脉冲放大器是一种特殊的放大器，用于放大短时脉冲信号。
它的原理主要包括以下几个方面：
1. 输入阶段：脉冲信号首先被输入到放大器的输入阶段。
输入阶段通常由一个高速运算放大器和一个控制电路组成。
控制电路可以根据输入信号的特性对放大器进行调节，以获得最佳的放大效果。
2. 直流偏置：为了确保输出信号的直流偏置稳定，放大器通常需要加上一个直流偏置电路。
直流偏置电路会对输入信号加上一个固定的电压偏置，使得输出信号在直流水平上保持一致。
3. 功率放大：在输入阶段之后，脉冲信号会进入功率放大器部分。
功率放大器通常由一个或多个晶体管组成，用于放大信号的幅度。
晶体管会通过控制线性度来确保输出信号的质量。
4. 输出阶段：放大后的脉冲信号将进入输出阶段。
输出阶段通常由一个输出级和一个负载电阻组成。
负载电阻可以调整输出信号的电平以符合要求。
总体来说，啁啾脉冲放大器会对输入的短时脉冲信号进行放大，通过控制电路和功率放大器等部件来确保输出信号的质量和稳定性。
啁啾脉冲放大
Introduction to Chirped Pulse Amplification 北京邮电大学 尹龙飞
1
1. 啁啾脉冲放大技术的背景及意义
2018年， Donna Strickland 及其导师 Gerard Mourou 因啁啾脉冲放大技术 上的贡献共同获得诺贝尔物理学奖。
对于课程中的无失真传输系统，为保证各频率分量时 延相同，系统相频响应特性需满足线性相位条件；那 么对于光脉冲啁啾系统，需让不同频率分量产生不同 的时延，其相频响应特性应满足什么条件？
3.总结
• 啁啾脉冲放大 • 线性增益，非线性增益 • 线性调频 • 光脉冲啁啾
学好信号与系统 低通高通路路通
北京邮电大学信号与系统 智慧教学研究组
CPA 技术针对这一问题： ✓ 先将激光脉冲在时域展宽，使其
瞬时功率下降； ✓ 然后放大，这样能够获得较大增
益； ✓ 最后再将脉冲在时域压缩，进一
步增大功率。
1. 啁啾脉冲放大技术的背景及意义
具有高瞬时功率的超短脉冲激光：
近视手术
核光学
1985年， Donna Strickland 实现并报道
了CPA 技术，将当时的激光峰值功率提
2. 啁啾脉冲放大技术的原理
线性调频/啁啾信号：指瞬时频率随时间成线性变化的信号
单频信号：f1 (t ) = cos (0t )，角频率为常数 啁啾信号：f2 (t ) = cos (0 + t ) t ，角频率随时间线性变化
定义瞬时角频率 (t )：信号三角函数相位随时间的导数。
1
(
t
)
=
d dt
粒子
高了3个数量级。
加速
2. 啁啾脉冲放大技术的原理
高功率大能量纳秒激光器典型应用
高功率大能量纳秒激光器典型应用1.钛宝石激光器泵浦啁啾脉冲放大（Chirped Pulse Amplification,CPA）技术是产生超短脉冲、超高峰值功率激光的一种技术。
作为商品化TW-PW飞秒激光器制造商，Amplitude在钛宝石泵浦领域具备多年的经验和技术。
Amplitude提供从10焦耳级到200焦耳级纳秒绿光激光器，满足您百太瓦直至10拍瓦量级高功率钛宝石激光器的泵浦光需求；专为泵浦优化的均匀光斑，使得钛宝石可输出质量优秀的激光。
Amplitude可供钛宝石住放大级选用的泵浦源系列：系列绿光能量重复频率备注Titan6J-12J1-5HzConstellation15J-30J0.1Hz75J-150J1shot/minPremiumlite-YAG55J10HzPremiumlite-Glass200J0.1Hz2.OPCPA泵浦与钛宝石CPA系统不同，OPCPA采用光学参量放大（Optical Parametric Amplification）过程来放大啁啾脉冲。
在OPCPA系统中，为保证对各频谱分量的同等增益，要求脉冲的时间波形为平顶；Amplitude Agilite及Intrepid系列提供百皮秒-微秒脉宽、脉冲波形可编程的输出，非常适合OPCPA泵浦。
Agilite及Intrepid可单独使用，提供焦耳级绿光输出；同时可作为Premiumlite的前端，输出数十焦的绿光。
Eli-ALPS2PW/10Hz系统3.激光冲击强化经过数十年的发展，激光冲击强化（Laser Shock Peening）已从实验室走向市场，逐渐成为高端制造业金属材料部件强化的关键技术甚至标准技术。
激光冲击强化示意图激光冲击强化通常采用纳秒尺度的大能量激光。
待处理工件表面覆以不透明吸收层以及约束层，激光被吸收层吸收之后产生等离子体；在约束层的限制下，等离子体的爆炸在材料表面产生强烈的冲击波并向材料内部内传播。
十二 啁啾脉冲放大器PPT课件
t = t [d/d]–1 = 0.44 [d/d]–1 = 0.44 2/c0
where we’ve neglected the minus sign since we’re computing the bandwidth, which is inherently positive. So the bandwidth is:
.
23
Petawatt scheme
.
24
OPCPA scheme
.
25
Nd:glass hybrid amplifier
.
26
Suppression gain narrowing by hybrid amplification
.
27
Compression grating
.
28
Results
.
3
CPA: Why?
1. Efficient amplification 2. Avoid optical damage in amplification
medium due to high optical intensity 3. Reduce the nonlinear effect in Nhomakorabeamedium
.
4
Pulse stretching by grating pair
.
5
Pulse to be strecthed due to GDD
30 fs + 109 fs2
3.08 ns
.
6
Diffraction-grating pulse compressor
The grating pulse compressor also has negative second-order phase.
啁啾脉冲激光放大的理论与数值模拟分析
啁啾脉冲激光放大的理论与数值模拟分析蔺玉珂;李建平【摘要】为了比较啁啾脉冲在均匀加宽与非均匀加宽介质中传输的特性,采用分步傅里叶方法进行了理论分析和实验验证,得到了增益窄化、增益饱和、自相位调制效应对脉冲在两种不同介质中频域、时域的演化特征曲线.结果表明,在非均匀加宽介质中,增益窄化效应更加明显,而且增益饱和效应得到了很好抑制,两种加宽介质中脉冲的频谱都起到了拓宽作用,非均匀加宽介质中的频谱比较对称,而均匀加宽介质中的频谱出现了畸变.这一结果对研究啁啾脉冲在综合加宽介质中传输特性是有帮助的.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2010(034)006【总页数】4页(P770-773)【关键词】非线性光学;啁啾;分步傅里叶方法;均匀加宽;非均匀加宽【作者】蔺玉珂;李建平【作者单位】重庆电子工程职业学院,通信工程系,重庆,401331;北京邮电大学,信息光子学与光通信研究院,北京,100876【正文语种】中文【中图分类】O437引言惯性约束聚变(inertial confinement fusion,ICF)中对激光放大器系统不仅要求具有足够多的驱动能量，而且要求激光光束具有极高的光束质量，它不仅对光束的空间特性有很高的要求，而且对脉冲的时间特性同样具有严格的要求。
光束质量也是强激光光束变换的一个重要的研究对象，这就需要研究激光脉冲在放大介质中的传输与放大情况，其中介质中非线性效应、增益分布和色散是影响光脉冲传播特性的3个基本因素。
在皮秒光脉冲有限传播有限传播距离内，群速度色散和增益色散的影响可以不考虑[1]。
因此，非线性效应、增益分布因素的研究对如何得到高能量高质量的激光脉冲具有重要的意义。
目前，啁啾脉冲放大技术(chirped pulse amplification,CPA)[2]已经成为高功率激光放大器中应用最广泛的技术，它可以在增益介质中提取足够的能量，同时尽可能地降低非线性效应对脉冲的影响。
啁啾激光脉冲放大技术原理
啁啾激光脉冲放大技术原理激光技术作为现代科技领域的一项重要技术，被广泛应用于通信、医学、材料加工等领域。
而啁啾激光脉冲放大技术则是激光技术中的一种重要技术手段，它能够显著增强激光脉冲的能量和峰值功率，从而为激光应用提供更为强大的支撑。
本文将从原理的角度来介绍啁啾激光脉冲放大技术。
啁啾激光脉冲放大技术的原理主要基于光学谐振腔的工作原理。
光学谐振腔是一种能够将激光脉冲进行多次反射和放大的装置，它由两个反射镜构成，形成一个封闭的光学腔。
当激光脉冲经过其中一个反射镜时，会被反射回来，并继续在光学腔中传播。
在光学腔中，激光脉冲会不断进行多次反射和放大，从而实现能量的积累和峰值功率的提高。
在啁啾激光脉冲放大技术中，为了进一步增强激光脉冲的能量和峰值功率，采用了一种特殊的技术手段，即啁啾技术。
啁啾技术是一种通过调制脉冲的相位和频率，使得脉冲能量在光学腔中得到更好的积累的技术。
在啁啾激光脉冲放大技术中，通过对激光脉冲进行啁啾调制，可以有效地增强激光脉冲的能量和峰值功率。
具体来说，啁啾激光脉冲放大技术主要包括以下几个步骤：通过激光器产生一个初始的激光脉冲。
这个激光脉冲可以是连续的，也可以是脉冲的。
接着，将这个初始的激光脉冲输入到光学谐振腔中。
在光学谐振腔中，激光脉冲会进行多次反射和放大，从而实现能量的积累和峰值功率的提高。
然后，在激光脉冲进行多次反射和放大的过程中，采用啁啾技术对激光脉冲进行相位和频率的调制。
通过调制脉冲的相位和频率，可以使得脉冲能量在光学腔中得到更好的积累，从而进一步增强激光脉冲的能量和峰值功率。
经过多次反射和放大后，激光脉冲的能量和峰值功率得到了显著增强。
此时，可以将放大后的激光脉冲输出到外部，用于各种应用领域。
总的来说，啁啾激光脉冲放大技术通过光学谐振腔的多次反射和放大，以及啁啾技术的相位和频率调制，实现了激光脉冲能量和峰值功率的显著增强。
这一技术在激光应用领域具有重要的意义，能够为激光通信、医学诊断和材料加工等领域提供更为强大的支撑。
啁啾脉冲放大过程
啁啾脉冲放大过程啁啾脉冲放大过程是一种重要的电子技术应用，它能够将脉冲信号的幅度放大，使其在电子设备中发挥更强的作用。
本文将详细介绍啁啾脉冲放大过程的原理、应用和设计注意事项，以及一些相关的发展趋势。
首先，我们来了解一下啁啾脉冲放大的原理。
啁啾脉冲放大是利用非线性元件的特性将输入的低幅度高频脉冲信号转换为输出的高幅度低频脉冲信号的过程。
它的主要原理是利用非线性元件在输入脉冲信号作用下产生啁啾效应，即输入的高频脉冲信号被转化为频率较低的脉冲信号。
而这个过程中，由于非线性元件的放大效果，脉冲信号的幅度也得到了增强。
啁啾脉冲放大的应用非常广泛。
在雷达、通信、医学成像等领域，啁啾脉冲放大器被广泛应用于信号的调制和放大。
在雷达系统中，啁啾脉冲放大器能够将微弱的回波信号放大，提高雷达系统的远程检测能力；在通信系统中，啁啾脉冲放大器能够将信号进行调制和解调，提高信息传输的可靠性和速率；在医学成像中，啁啾脉冲放大器能够放大和调整激光脉冲信号，使其能够在病人的组织中产生足够强的反射信号，实现准确的医学成像。
在设计啁啾脉冲放大器时，需要注意一些关键因素。
首先是选择合适的非线性元件。
常用的非线性元件有二极管、晶体管和放大器等。
不同的非线性元件具有不同的特性，因此需要根据具体的需求选择合适的元件。
其次是确定合适的工作频率和功率。
啁啾脉冲放大器的工作频率和功率必须与被放大的脉冲信号一致，否则会导致信号失真。
最后是通过合适的电路设计和参数调整，保证啁啾脉冲放大器的稳定性和性能。
随着科技的不断发展，啁啾脉冲放大技术也在不断演进和创新。
目前，一些新型的非线性元件和调制技术已经应用于啁啾脉冲放大，使其在高频率、大功率和小体积方面有了更好的表现。
同时，随着5G通信、毫米波雷达等技术的兴起，对啁啾脉冲放大器的需求也越来越大。
因此，未来的发展方向是提高啁啾脉冲放大器的工作频率和功率，同时为其增加更多的功能和应用。
综上所述，啁啾脉冲放大过程是一种重要的电子技术应用，它能够将信号的幅度放大，提高其在电子设备中的应用效果。
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Femtosecond Lsar？
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脉冲形式：不是一 直在发射的，而是 每隔一段时间T发 射一个包络。
2
脉宽短：每个脉冲 包络持续的时间只 有飞秒量级。
3
光谱很宽：不再是 单色的，而是具有 不同的颜色成分。 这与传统意义的激 光已经不同了。
美国光谱物理公司生产的啁啾脉冲放大器Hurricane的光学结构示意图
Thank you！
femtosecond？
1fs=10
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s
Martinez stretcher
垂直偏振的种子光导入通过glan prism反射进入腔体，进过两次packel cell变 为水平偏振透过G3飞向增益介质 之后P.C.加高压变为半波片，脉冲在腔内来回一周通过两次P.C.，偏振 不变，多次往返实现放大 放大脉冲进过P.C.和G3后撤掉高压，下一次进过P.C.两次由水平偏振变为 垂直偏振，从G3反射导出