定义
用于暂时拉伸超短光脉冲的装置。
在各种情况下，人们需要增加超短脉冲的持续时间 - 通常甚至增加很大因素。 一些例子：
- 在啁啾脉冲放大（CPA）系统中，需要增加光放大器内的脉冲持续时间，以降低峰值功率，否则会导致非线性脉冲失真等问题。 例如，在极端情况下，原始持续时间约为 10 fs 的脉冲被拉伸到几纳秒的持续时间。
- 强脉冲拉伸也可用于色散光谱分析。 其基本原理是，不同的波长分量在时间上延迟了取决于波长的量，因此可以从快速光电探测器获得的时间相关信号中获得光谱。
一些应用需要可调脉冲持续时间，而这些可以通过可调脉冲拉伸器来实现。
色散和非色散脉冲拉伸
脉冲拉伸通常是通过对脉冲施加大量的色散来实现的。 从本质上讲，这意味着频率相关的光群延迟。 对于正常色散（正群延迟色散），脉冲获得上调频，其中低频分量首先出现。 在异常分散的情况下，人们会获得下调频。 输出脉冲持续时间基本上由群延迟在脉冲带宽内的扩展决定。 因此，飞秒脉冲拉伸到一定持续时间所需的色散比皮秒脉冲少得多，皮秒脉冲的带宽更窄。
对于长脉冲持续时间（例如纳秒或更长），色散脉冲拉伸几乎不切实际，因为需要大量的色散。 对于这种情况，可以使用替代方法。 例如，可以将脉冲耦合到光学谐振器中，并利用其往返时间。 但是，本文的以下内容仅关注分散脉冲拉伸器。
当需要更长的激光脉冲时，当然也可以优化激光以直接发射更长的脉冲。 这可以通过传统的设计优化来完成，也可以通过将非线性元件插入Q开关激光器中来延迟脉冲的建立。 例如，可以实现基于倍频或双光子吸收的非线性吸收器。 还有一些具有电子脉冲拉伸的设备，涉及主动Q开关激光器中的电子反馈。
分散脉冲担架的类型
光纤
在某些情况下，通过长光纤发送脉冲就足够了，利用其群延迟色散。 如果峰值功率还不是相当低，传播损耗和光纤非线性可能会带来限制。 此外，人们几乎无法控制高阶色散；仅在有限的程度上，这可以通过选择纤维来定制。
如果光纤不是保持偏振的，则可能存在与去极化相关的问题。 偏振状态可以用一些偏振控制器恢复，但偏振变化可能在某种程度上取决于波长和随时间推移的漂移。
棱镜对
色散棱镜对[1，3]在锁模激光器中的色散补偿中非常常见，原则上也可用于脉冲拉伸。 然而，可能的分散量相当有限；因此，通常首选其他技术。
衍射光栅
使用一对衍射光栅，可以根据波长相关的光程长度产生大量的色散。 工作原理与棱镜对类似，但衍射光栅可以产生更多的角色散，因此光栅对的群延迟色散要高得多。 此外，该原理在长范围内特别有效。
仅使用两个光栅时，一个光栅总是获得异常色散（即负群延迟色散）。 使用还包含望远镜的设置可以获得正态色散，例如使用一个或两个透镜实现[4]。 例如，人们可以在CPA系统中使用脉冲拉伸器和简单的光栅对作为脉冲压缩机。
不幸的是，用于非常大的拉伸的色散光栅对往往难以对齐。 不完美的对准会导致脉冲的复杂时空失真。
光栅对
在称为光栅的装置中，可以结合棱镜和衍射光栅的特性。使用一对光栅，可以获得与传统光栅对[13]相反的三阶色散和反常色散。
啁啾布拉格光栅
使用光纤布拉格光栅或体积布拉格光栅形式的啁啾布拉格光栅，可以在短传播长度内对脉冲进行强烈的时间拉伸。 基本原理是不同的波长分量在结构中具有不同的穿透深度，因此经历不同的群延迟。 然而，这是一个非常简化的画面；详细的计算和设计考虑相对复杂。 例如，很难避免群延迟与波长的强纹波。
虽然光纤布拉格光栅可以方便地插入光纤放大器系统，但由于更大的模式面积，体积布拉格光栅可以处理更高的峰值功率。
在某些情况下，相同体积的布拉格光栅可用于拉伸和压缩 - 脉冲从相反的两端撞击光栅。
通过设计啁啾布拉格光栅，可以很好地控制高阶色散。 例如，可以对其进行定制，使其非常适合CPA系统中给定脉冲压缩机的分散。
同样的原理也可以用于啁啾介电镜。 然而，在这里，由于这种镜像结构中的穿透深度很小，群延迟的可能范围非常有限。
脉冲担架的性能数据
脉冲拉伸器的性能本质上不是仅通过提供的正或负群延迟色散来表征的。 以下其他方面也很重要：
- 可实现的群延迟范围由群延迟色散和输入脉冲带宽的乘积决定。 因此，它取决于最大适用的输入脉冲带宽，例如，该带宽可能受到啁啾布拉格光栅的反射带宽或高阶色散的限制。
- 高阶色散，或者换句话说，群延迟的更复杂的频率依赖性（例如群延迟振荡），会严重影响应用。 例如，脉冲的后续再压缩和由此产生的脉冲质量可能受到损害，例如以基座或卫星脉冲的形式。 已经开发了改进的设计来补偿几个色散量级；例如，请参阅引用。[10] 和 [11]。
- 在某些情况下，插入损耗是相关的。 然而，对于CPA系统，它通常不如脉冲压缩机重要。
- 某些类型的脉冲拉伸器只能处理峰值功率非常有限的脉冲，否则将获得强烈的非线性脉冲失真。
此外，还可以根据其紧凑性、坚固性和易于对准来选择脉冲拉伸器。
参考文献
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