用于量子通信的飞秒激光器的理论与实验研究

论文摘要

随着超快激光技术的出现和飞速发展，许多研究领域对具有极高峰值功率，极窄脉冲宽度的飞秒光脉冲光源的需求日益增加，Cr4r∶YAG激光器以其独特的谱线发射范围（1.3～1.6um）和具备支持飞秒量级超短脉冲的增益谱宽而倍受关注。本文对用于量子通信的飞秒激光器进行了理论与实验分析。第一章简单介绍了超短脉冲激光器的发展背景及在量子通信方面的应用。第二章对超短脉冲的锁模技术进行讨论，介绍了主动锁模、被动锁模、同步泵浦锁模、碰撞锁模，以及20世纪90年代出现的加成脉冲锁模或耦合腔锁模、自锁模等，锁模技术是产生超短脉冲的关键技术。第三章论述了在Cr4+∶YAG激光器中，用熔融的石英材料制成的棱镜对作为色散补偿元件的一些理论计算和色散分析，得出棱镜对不但可以实现二阶色散的完全补偿，同时三阶色散也可以得到一定的补偿，从而使脉冲宽度得到进一步压缩。第四章先分析了Cr4r∶YAG晶体的光谱特性、能级结构、速率方程；然后讨论了超短脉冲测量的方法，包括自相关测量的原理与应用及频率分辨光学开关法等测量方法。第五章对我们实验室所采用的激光器光路从光束匹配及激光腔的稳定性两个角度进行分析。由于Cr4+∶YAG晶体的端面呈布儒斯特角切割，从而产生了像散，为了保证谐振腔内高斯模为圆斑，我们采用像散补偿的Z型四镜折叠腔，并详细讨论了各种参数对光路稳定性的影响。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 超短脉冲的发展
• 1.1.1 超短脉冲发展所经历的阶段
• 1.2 飞秒脉冲技术
• 1.2.1 飞秒脉冲的产生
• 1.2.2 飞秒脉冲的放大
• 1.2.3 飞秒脉冲的波长变换
• 1.2.4 飞秒脉冲的测量
• 1.2.5 飞秒脉冲的应用
• 参考文献
• 第二章 超短脉冲的锁模
• 2.1 多模激光器的输出特性
• 2.2 锁模的基本原理
• 2.3 锁模的方法
• 2.3.1 主动锁模
• 2.3.2 被动锁模
• 2.3.3 自锁模
• 2.3.4 同步泵浦锁模
• 参考文献
• 第三章 激光器的色散补偿
• 4+:YAG激光器的色散补偿技术'>3.1 Cr⁴⁺:YAG激光器的色散补偿技术
• 3.2 棱镜对的色散计算方法
• 3.3 棱镜对的色散分析
• 参考文献
• 4+:YAG晶体与超短脉冲的测量'>第四章 Cr⁴⁺:YAG晶体与超短脉冲的测量
• 4+:YAG晶体特性'>4.1 Cr⁴⁺:YAG晶体特性
• 4+:YAG晶体的光谱性能与能级结构'>4.1.1 Cr⁴⁺:YAG晶体的光谱性能与能级结构
• 4+:YAG晶体的速率方程'>4.1.2 Cr⁴⁺:YAG晶体的速率方程
• 4+:YAG的激光特性'>4.1.3 Cr⁴⁺:YAG的激光特性
• 4.2 超短脉冲的测量
• 4.2.1 超短激光脉冲测量的基本方法
• 4.2.2 脉冲自相关测量的原理技术
• 4.2.3 强度自相关
• 4.2.4 干涉自相关
• 4.2.5 自相关信号的分析
• 4.2.6 典型脉冲的相关讨论
• 4.2.7 频率分辨光学开关法（FROG）
• 4.2.8 脉冲迭代算法
• 4.2.9 光开关函数
• 4.2.10 偏振光开关法
• 4.2.11 自衍射光开关法
• 4.2.12 瞬态光栅法
• 4.2.13 二次谐波法
• 4.2.14 三次谐波法
• 参考文献
• 第五章 实验室采用的激光器光路解析
• 4+:YAG激光器中的光束匹配'>5.1 Cr⁴⁺:YAG激光器中的光束匹配
• 5.1.1 高斯光束的基本性质
• 5.1.2 高斯光束的匹配
• 5.1.3 高斯光束通过离焦望远镜系统的变换
• 4+:YAG激光器中谐振腔的稳定性分析'>5.2 Cr⁴⁺:YAG激光器中谐振腔的稳定性分析
• 5.2.1 简单的两镜光学谐振腔
• 5.2.2 激光腔内的像散分析
• 5.2.3 采用ABCD法进行稳定区域计算
• 5.2.4 稳定区的仿真与分析
• 5.2.5 像散补偿角的确定
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢