光学色散补偿薄膜的研究

论文摘要

在飞秒激光脉冲的产生过程中,由于材料色散和非线性效应会导致各个波长的光传播群速度,产生啁啾现象并导致脉宽展宽,为补偿这一效果,需要引入一定量的负色散。而相比于其他的色散补偿器件,比如光栅对、棱镜对,光学色散补偿薄膜有插入损耗小,补偿精度好的优点,因而在近年得到了广泛重视。然而目前色散补偿薄膜研究中存在一些难点,主要表现为：设计时要同时考虑色散特性和反射率的要求,色散特性对制备误差非常敏感,缺少精确的测试手段等等。为解决这些问题,本文重点在设计和测试两个方面进行了一些探索：(1)在优化设计方面,针对各种实际使用需求设计了一系列色散补偿薄膜,讨论了各种初始结构对最终设计结果的影响,并且首次引入了粒子群优化算法用于色散补偿薄膜的优化设计,取得了较好的效果(2)对色散补偿薄膜的时域特性进行了一些初步分析,采用时频分析的手段分析了脉冲的时域展宽效果和啁啾特性,分析了频域各个参数对时域特性的影响；同时采用时域有限差分法动态模拟了光脉冲在薄膜结构内的传播过程,并且通过这种方法记录了最大场强值的分布特性,可以作为抗击光损伤特性的一种辅助分析手段。(3)在测试方面,搭建了白光干涉系统,对实验室自制的色散补偿薄膜进行了色散特性测试,取得了较为可信的测试结果。采用多种信号处理方法来减少测试噪声的影响。同时还探索了该白光干涉系统在绝对位相测试,薄膜厚度反演,块状材料色散测试以及压电特性测试方面的潜在应用。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 光学薄膜技术的应用和发展
• 1.2 光学薄膜的位相特性及其应用
• 1.3 飞秒激光技术的发展与应用
• 1.4 基于光学薄膜的色散补偿技术
• 1.5 本论文的主要研究内容和创新点
• 参考文献
• 第二章 光学色散补偿薄膜的优化设计
• 2.1 色散补偿薄膜器件的工作机理与分类
• 2.2 宽带色散补偿薄膜的设计
• 2.3 窄带色散补偿薄膜的设计
• 2.4 基于粒子群算法的色散补偿薄膜设计
• 2.5 本章小结
• 参考文献
• 第三章 光学色散补偿薄膜的相关模拟与理论分析
• 3.1 色散补偿效果的时-频域分析
• 3.2 基于时域有限差分方法分析光波传播过程
• 参考文献
• 第四章 光学薄膜的位相特性测试
• 4.1 频谱干涉理论与基本系统搭建
• 4.1.1 各种测试方法的比较
• 4.1.2 实际测试系统搭建
• 4.1.3 各阶位相信息提取的基本计算流程
• 4.2 频谱干涉理论与基本系统搭建
• 4.2.1 各种改进的信号处理方法
• 4.2.2 信号处理结果分析与比较
• 4.2.3 测试结果分析
• 4.3 绝对位相的测试
• 4.3.1 测试方法的比较
• 4.3.2 单层薄膜的测试
• 4.4 测试系统的其他应用
• 4.4.1 单层薄膜的厚度反演
• 4.4.2 块状材料群折射率测试
• 4.4.3 压电薄膜特性测试
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 第五章 总结与展望
• 作者简历