基于光折变效应的全光开关关键技术的研究

雷克儿

在测量高能超短激光脉冲时，为确保主激光脉冲和背景或基座之间的高对比度，测量设备具有的动态范围需要等于或大于激光脉冲本身的对比度。对于现有的测量方法大部分都为将主脉冲与前沿脉冲分开，允许超过探测器的工作范围，这往往会降低探测器的使用寿命。如果设计一款开关，根据测量对象特性，实现主脉冲的关闭或选通，提高探测动态范围的同时，保护探测器不受冲击。在测量超短脉冲的对比度时，需要非常快的开关速度，否则会引入额外的测量误差，较为优良的电子开关无法满足近皮秒（ps）的响应速度，因此，选择全光开关结构进行开关设计。本文拟基于光折变效应设计一款全光开关，对相应的关键技术展开研究，主要的工作如下：1.基于几种常见光折变晶体的光学性质，选取合适材料作为信号光偏转单元的关键模块；基于光折变效应的经典能带传输模型，分析高能超短激光脉冲抽运情况下光折变效应的基本机理以及数值模拟折射率的改变量和折射率变化的响应时间，同时分析了自发极化场与晶格温度对折射率的影响。2.基于高能超短激光脉冲抽运纯净铌酸锂晶体的光折变效应的理论模型设计的全光开关，理论上可获得具有约1 ps的响应时间与大于100：1的高消光比的全光开关。3.利用锯齿形的掩模板，搭建同源短脉冲测量装置，在晶体内部产生锯齿状的楔形棱镜，利用中心波长1028 nm，300 fs，0.1 mJ的飞秒脉冲倍频后抽运掺铁铌酸锂，观测到信号光的偏转角度为5.786×10-5 rad，折射率改变-2.007×10-4。4.搭建同源位移测量装置，基于延迟线的位移测量光折变晶体的响应时间分辨率可达0.1 ps。