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啁啾效应


啾效应​由于群速度色散,非线性效应,注入电流的变化等原因,导致啁啾效应的产生

​​啁啾(zhōu jiū)在汉语里是拟声词,形容鸟叫声。啁啾效应是指信号的频率随着时间的变化而变化。


光场的相位随着时间发生变化,其瞬时频率定义为相位对时间的导数,

如果相位随时间线性变化,频率保持不变。如果相位是二次型相位或者更高阶,光的频率就会随时间变化,也就是所谓的啁啾。如果频率随着时间变化而增大,称为上啁啾;反之,称为下啁啾。


啁啾产生的原因比较多:

1、在直调激光器中,由于注入电流的变化,引起载流子浓度的变化,导致激光器折射率的变化,使得光场的相位随时间变化,产生啁啾效应。该信号在光纤中传输时,不同频率的光群速度不一致,导致携带信息的脉冲形状发生变化,限制了脉冲的有效传输距离, 如图,


2、在超快光学中,超短脉冲中含有多个频率的光,当该脉冲经过某一介质时,由于材料的色散,不同频率的光群速度不一样,使得脉冲波包中不同位置处光的频率随时间变化,进而导致脉冲展宽,如图,


3、三阶非线性效应也会导致啁啾效应的产生,例如克尔效应,自相位调制效应等,其瞬时频率满足下式,


由于啁啾效应,光脉冲中不同频率的群速度大小不一,例如红光速度快,蓝光速度慢,导致最终叠加起来的脉冲宽度变大。如何消除啁啾效应?一个自然的想法,让脉冲通过一个色散性质相反的材料,使得原先速度快的频率成分速度降低,而原先速度慢的频率成分速度变快,最终大家步调一致,脉冲被压缩, 如下图:


啁啾效应也可以发挥好的作用,例如在啁啾脉冲放大(chirped-pulse amplification)技术中,利用啁啾效应使得脉冲展宽这一现象,展宽后脉冲的峰值功率降低,可以进一步提高其功率,从而得到大功率的激光脉冲。


由于群速度色散,非线性效应,注入电流的变化等原因,导致啁啾效应的产生。啁啾效应的直接结果是脉冲展宽,其有理有弊,需要合理应用。

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