棱镜对

2021-04-22 09:44:09 浏览:716

定义

两个棱镜的组合,通常用于色散补偿。

一对棱镜(通常为布儒斯特角)可用作光束扩展器。另一个用途是引入反常色散到激光器谐振腔,并且不会引入很大的功率损耗。第一个棱镜将不同波长的成分折射成不同角度的光。第二个棱镜再次折射,然后使这些成分平行传播(如图1),但是位置与波长有关(有时称为空间啁啾)。

图 1 棱镜对在空间上分离不同波长城府,同时引入与波长有关的相位变化和色散

再采用第二对棱镜对,或者将光束反射回第一对棱镜中后,所有的波长成分会重新在空间上重合。

空间上分离不同波长(或频率)成分可以应用于下列方面:

  • 在一端插入一个刀口可以得到光滤波器,主要衰减短波或者长波成分。将棱镜对放入激光器谐振腔中可以用于激光器的波长调谐。
  • 色散延迟线中波长变化的光程长度可以得到反常色散[1],它会被棱镜中的材料色散抵消一部分。因此可以调谐某一个或者两个晶体的位置来改变总体的色散。这项技术可用在锁模激光器中[2]提供可调的色散补偿,还可以用来色散压缩(拓展)光脉冲。

图 2 锁模激光器的谐振腔装置图。棱镜对用于色散补偿。总反常色散得到孤子锁模,通过调谐棱镜可以调谐反常色散值

通常来说,棱镜对的反常色散为几千fs2。为了得到更大的反常色散,需要采用一对衍射光栅。采用棱镜对的优势在于,它不会引入很大的损耗到激光器谐振腔中。

当压缩几个周期的超短脉冲时,采用的棱镜顶角需要比较小(或者采用抗反射涂层)。这一结构具有较低的高阶色散引起的啁啾。但是,还是需要采用一些方法补偿高阶色散,例如,加入附加的啁啾反射镜。

图 3 棱镜对的群时延色散:与二氧化硅棱镜的比较,间距为50 cm,另一个为SF10棱镜,间距为20 cm。在800 nm处插入的棱镜都是2 mm。SF10 棱镜可以产生更多的色散,但是高阶色散也更大

参考文献

[1] R. L. Fork et al., “Negative dispersion using pairs of prisms”, Opt. Lett. 9 (5), 150 (1984)
[2] J. D. Kafka and T. Baer, “Prism-pair dispersive delay lines in optical pulse compression”, Opt. Lett. 12 (6), 401 (1987)

参阅:棱镜、色散补偿、变形棱镜对、衍射光栅、脉冲

基础光学

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