在啁啾脉冲放大 (CPA) 系统中, 时域展宽器与压缩器的匹配是获得高对比度飞秒脉冲的关键。相比较常规的 Martinez 和 ffner 结构的展宽器, 基于同心结构的展宽器由于物与像完全重合, 可以消除像差带来的高阶色散的影响, 进而采用光栅对压缩器以获得更好的压缩效果。透射光栅对和凹面反射镜组合实现的同心展宽器具有结构紧凑的优点, 将该展宽器替代原有的 Martinez 型展宽器, 在重复频率为 1 kHz、泵浦功率为 11.4 W 的泵浦条件下, 展宽后的啁啾脉冲经环形腔钛宝石再生放大器进行能量放大, 再由光栅对进行压缩, 可获得脉冲宽度为 47.5 fs 的压缩结果, 接近于光谱带宽 22.1 nm 的傅里叶变换极限。该结果表明基于透射光栅的同心展宽器可以获得较好的飞秒脉冲压缩效果。

为获得较大展宽量的光纤器件,在相位掩模版刻写技术的基础上设计并制作了两种啁啾光纤布拉格光栅(CFBG)展宽器。基于相位掩模版刻写技术的原理和CFBG的色散补偿理论,提出了两种展宽器的制作方法,并优化了刻写光路,获得了高反射率、大反射带宽的CFBG。通过拉力传感器控制CFBG的反射谐振波长,通过改进刻写方式制作了大色散量的CFBG级联展宽器和大反射带宽的CFBG串联展宽器。搭建了两种展宽器的测试光源,通过直接测量的方式得到CFBG级联展宽器所提供的展宽量约为345 ps,这与理论结果相符;通过正、反接的方式间接推算了CFBG串联展宽器所提供的展宽量约为278.7 ps,这小于理论结果。

使用矩阵光学的方法得到了Offner展宽器等效光栅对表达式、经过Offner展宽器后脉冲的脉宽表达式及展宽器各元件尺寸的解析表达式。确定了一般化的设计步骤，并给出了一个设计实例。矩阵光学获得的解析结果与光线追迹方法获得的数值结果一致。

半导体光放大器(SOA)因其具有良好的光-光互作用特性,包括交叉增益调制、交叉相位调制、交叉偏振调制以及四波混频等,在全光信号处理技术中已经获得了广泛的应用。利用SOA与光纤反馈可构成环形腔激光器S-FRL。在S-FRL中将SOA的光-光互作用特性与反馈条件相结合,可以改变S-FRL的起振、抑制、选频等多种状态,从而构成不同功能的全光信号处理器件。在分析S-FRL激光振荡原理的基础上,提出了双环耦合的S-FRL,并以此为基础构成一种双环耦合的双稳态触发器,进而构成一种同步脉冲展宽器;还提出了一种级联的S-FRL,由此构成一种基于负逻辑的全光判决器。

The impact of the stretcher on the contrast ratio of the out pulse is analyzed making use of the ray -tracing method , which is based on the contrast ratio model of chirped pulse.When the beam size in the stretcher is increased from 2 mm to 40 mm ,the contrast of the output pulse approximately increase two magnitude. When the input pulse is Sech2 ,the contrast of the output pulse is better than what the input pulse is Gassian or Rectangular.

In the design of the Offner stretcher, it is very important to investigate the mirror curvature radius errors, which has a direct impact on the quality of the output pulse. So it is necessary to analyse the effect on the output pulse contrast due to the mirror curvature radius manufacture errors in the ffner stretcher. A ray-tracing model for ffner stretcher with these errors is established. Based on the model, effects on output pulse contrast through the stretcher is analyzed.When the mirror curvature radius error is between 0.2%～0.5%, it can fully meet the requirements for the SHENGUANG Ⅱ petawatt laser facility. Also, when there is error for the mirror curvature radius, keeping the distance between concave mirror and convex mirror half of curvature radius of the concave mirror is better than keeping the two curve mirrors in the same center.

In a stretcher,it is important of spectral clipping. It has a direct impact on the quality of the output pulse. Base on the ray-tracing,an analytical spectral clipping model is present in the ffner stretcher . When the stretcher parameters is determined, the location of the grating placed has a very important influence on the pulse spectral clipping. When the grating placed on the symmetric center about optical axis, the spectral distribution through stretcher will be asymmetric about center wavelength of the laser, that is to say,the spectral clipping will be asymmetric spectral clipping.Therefore,the output pulse contrast will be droped approximately one magnitude in the SGII ninth beam petawatt upgrade laser facility. In order to keeping the spectral symmetry distribution about center wavelength of the laser through the stretcher, the grating must be placed on the asymmetrical position about optical axis.

Offner展宽器的设计研究中,对曲面镜曲率半径的误差研究非常重要,它直接影响输出脉冲的质量。因此有必要分析ffner展宽器中曲面镜曲率半径的误差对输出脉冲对比度的影响。参考ffner展宽器的光线追迹模型,建立了ffner展宽器中曲面镜曲率半径存在误差时的光线追迹模型; 根据建立的模型,详细分析了曲面镜曲率半径的误差对输出脉冲质量的影响; 发现在目前曲面镜曲率半径的加工误差在0.2%～0.5%的情况下,完全可以满足神光II拍瓦激光装置中对展宽器的要求; 同时发现如果曲面镜曲率半径存在误差时,应该尽量使两曲面镜之间的距离保持为凹面反射镜曲率半径的一半,而不是使两曲面镜保持同心。

在展宽器中,光谱的剪切情况非常重要,它直接影响输出脉冲的质量。以ffner展宽器为例,参照以往建立的光线追迹模型,建立了分析展宽器中光谱剪切的模型。发现当展宽器的参数确定好后,光栅放置的位置对激光脉冲光谱剪切有非常重要的影响。当光栅相对于光轴中心对称放置时,展宽器容许通过的光谱相对于激光中心波长将是非对称分布的,即此时在展宽器中发生的光谱剪切为非对称光谱剪切,在神光II第9路拍瓦激光装置中,这种非对称光谱剪切将使输出脉冲对比度下降一个数量级。为了使展宽器中通过的光谱相对于激光中心波长对称分布,需要将光栅相对于光轴非中心对称放置。

根据分析啁啾脉冲对比度模型,通过光线追迹法详细分析了展宽器对输出脉冲对比度的影响.发现当扩大进入展宽器的入射光束口径,从2 mm扩大到40 mm时,输出脉冲的对比度提高了近两个数量级;同时发现在相同条件下,当输入脉冲为双曲正割函数时,其输出脉冲的对比度明显好于输入脉冲为高斯脉冲和矩形脉冲的情形.