宽频带激光脉冲放大的逆问题

采用脉冲分割模型,研究了宽频带激光脉冲放大的逆问题,即由所要求的输出激光脉冲时间、空间波形、光谱分布和能量密度,并给定放大器参数情况下,求输入激光脉冲时间波形、空间、光谱分布。有关结果对高功率激光放大系统的设计有应用意义。     

高功率激光装置非线性相移测试技术

针对非啁啾激光脉冲,提出了一种基于枚举思想的高功率激光装置非线性相移测试方法。结合脉冲波形和能流变化,得到不同非线性相移假设值下脉冲放大后展宽光谱的理论分布。然后将展宽光谱的理论分布与实测结果进行比较,两者残差最小时理论展宽光谱对应的非线性相移假设值即为测量结果。测试技术和方法不受脉冲时间波形的限制,有效提高了测量结果的置信度。     

用于飞秒激光啁啾放大系统的光谱滤波器的设计研究

激光光谱滤波器件是超短激光脉冲传播过程中常用的光学器件.在飞秒激光啁啾放大过程中,经常需要对飞秒激光脉冲的光谱进行滤波,有目的地削弱或滤掉一些光谱成份,以满足对飞秒激光脉冲光谱的特定要求.本文根据薄膜光学的设计原理,针对飞秒激光脉冲放大过程中的增益特性以及对输出光谱形状的特殊要求,通过膜系的优化计算,设计研制了适用于飞秒激光的光谱滤波器件.该种光谱滤波器件能按照设计要求,实现对飞秒光脉冲的频谱强度与频谱分布的特殊控制,以获得所需的具有特殊要求的飞秒激光光谱.我们的实验结果表明,这种滤波器件对飞秒激光光谱的控制,已达到了令人满意的设计要求.(OB21)     

高稳定高性能皮秒光参量放大器抽运源研究

结合短脉冲光参量放大抽运源的需求,基于固体放大技术,对光纤锁模激光器输出的6nm带宽皮秒纳焦耳级激光脉冲进行放大,获得了6.2mJ的基频以及3.0mJ的倍频输出,输出脉冲的时间宽度为8.6ps,倍频光峰值功率密度为4.94GW/cm2。采用高增益的Nd3+…YLF再生放大器做前级放大器,利用其光谱增益窄化效应获得窄带的高功率光参量放大抽运光。理论计算表明,在此增益条件下,输出激光的光谱将被窄化至0.3nm。采取了合理的空间整形方案,输出激光的近场呈平顶分布,光束质量优良。再生放大器采用钢棒结构,降低温度变化对系统稳定性的影响,总能量输出稳定性优于1%(RMS)。     

飞秒激光产生与放大技术

介绍了飞秒激光的发展和相关的应用。重点讨论了产生飞秒激光脉冲的几种方法;激光脉冲色散的物理机制及补偿方法;获得变换极限脉冲的条件等。还介绍了超短超强激光脉冲的放大与压缩技术,获得高功率窄脉冲的基本条件和啁啾脉冲放大原理;详细地讨论了基于非线性效应实现高信噪比、宽光谱、高效率脉冲放大的光参量啁啾脉冲放大技术,在飞秒激光脉冲放大中的应用和发展前景。最后还阐述了阿秒光脉冲产生与测量的新技术。     

四程脉冲激光放大器的逆问题

采用逐次逼近迭代法，对任意空间和时间分布波形的激光通过任意增益分布四程脉冲激光放大系统传输的逆问题，即给定输出脉冲和四程放大系统参数，求输入能量密度和脉冲波形，作了详细研究，并给出了四程钕玻璃激光放大器的数值计算结果。     

基于啁啾脉冲放大的掺铒全光纤结构激光器

为了使全光纤结构啁啾脉冲放大实现超短激光的脉冲输出,采用色散补偿光纤对种子脉冲进行了展宽,利用普通单模光纤来实现放大后脉冲的压缩。对整体激光系统进行了理论分析和实验验证,获得了420fs的超短激光脉冲,平均功率达到1.81W。并利用周期极化的铌酸锂晶体对放大激光脉冲进行倍频,将激光波长拓展到近红外的780nm附近,光谱半峰全宽达到11nm。结果表明,在全光纤结构的掺铒光纤激光系统中,可以通过改变色散光纤的插入量对脉冲展宽和压缩过程中光谱畸变进行有效的控制。这一结果对于实现高功率的全光纤超短脉冲放大系统是有帮助的。     

基于光-光同步放大抑制光谱红移的光谱整形技术

在基于钛宝石啁啾脉冲放大(CPA)技术获得拍瓦级输出的激光装置中,光谱发射截面的不同和饱和放大的影响会使放大光谱产生增益窄化和光谱红移。光谱红移效应普遍存在于激光放大过程中,尤其在高能量饱和放大时更加严重。基于中国科学院上海光学精密机械研究所5.0PW激光装置的实验结果,针对Apollon-10PW激光装置的光谱控制,在理论上提出一种基于光-光同步放大的光谱整形技术,用以抑制高能量放大过程中的光谱红移。该技术基于传统的放大模型,通过在功放级引入短脉冲抽运,利用抽运光和啁啾种子光同步放大的方式抑制了光谱的红移。该技术无需引入任何其他光学器件,也不会引入附加损耗,操作简单。数值模拟结果表明,利用该技术可以有效地对放大的光谱进行整形,抑制了光谱红移效应。     

纳秒级宽带KrF激光时间脉冲整形

对纳秒级宽带KrF激光脉冲的时间整形进行了研究。采用受激布里渊散射(SBS)脉冲压缩KrF激光获得短脉冲,通过脉冲堆积获得KrF激光时间整形脉冲。利用激光放大器对整形脉冲进行放大,对KrF激光整形脉冲的形状影响较大。通过对放大前整形脉冲形状的调整,在放大后可以得到所需形状的整形脉冲,一次放大能量输出可达50 mJ,二次放大能量输出可达300 mJ。理论分析与实验结果一致。研究表明,短脉冲堆积和放大器放大的组合方案具有较强的整形能力。     

多级和多程脉冲激光放大器的逆问题

采用脉冲分割模型和逐次逼近迭代法，对任意空间和时间分布波形的激光通过任意增益分布多级和多程激光放大系统传输的逆问题，即给定输出脉冲和多级／多程放大系统参数，求输入脉冲波形和能量密度，作了详细研究和计算模拟     

Analysis of picosecond pulse shape synthesis by spectral masking in a grating pulse compressor

This paper analyzes the synthesis of arbitrarily shaped optical pulses by spectral filtering in a fiber-and-grating pulse compressor. Spectral filtering of phase and amplitude is achieved by masking the spatially dispersed frequency components within the compressor. We show that the spectral filter is the convolution of the mask with the beam's transverse intensity profile. We discuss the effect of diffraction from the features of the physical mask, and show how finite spatial resolution limits the range of attainable temporal profiles. The fundamental limitation on spectral resolution is derived. Spectra and temporal pulse shapes corresponding to a variety of physical masks are calculated and are found to be in excellent agreement with experiments done with compressed pulses from a mode-locked Nd: YAG laser.     

超短脉冲激光对透明材料的破坏

基于固体的能带理论和能量守恒原理建立了一个描述激光与非金属材料作用时载流子随时间空间变化的理论模型。讨论了材料的破坏阈值、烧蚀深度与激光脉宽、波长和强度之间的关系,同时也讨论了破坏阈值、烧蚀深度与材料禁带宽度等特性之间的关系。讨论了多光子电离、隧道电离和雪崩电离在激光对材料破坏过程中的不同地位,理论结果表明,光电离在超短脉冲激光对非金属材料破坏过程中对破坏阈值的影响最大。     

单个微微秒脉冲的研究

由被动锁模钕玻璃激光器产生的锁模脉冲序列中,分别从不同位置选出单脉冲,并研究了它们的时间和光谱特性。实验表明,在时间和光谱分布上满足高斯型的带宽极限脉冲,是呈现在序列的前部。随着序列的延续,光谱宽度显著加宽,并有明显的调制现象。加宽与理论计算符合很好,证明了加宽主要是强光下的自相位调制所引起。最后,对实验中的某些现象进行了讨论。     

介质中超短光脉冲的自位相调制和光谱超增宽

本文描述了介质中超短激光脉冲自位相调制理论,并讨论了超短光脉冲产生的光谱超增宽、时间分布和脉宽压缩的实验结果。     

Optical characteristics of a rectangular bore discharge-excited Sr+recombination laser

We report results of studies of laser beam divergence, laser beam intensity profiles and spatial and temporal laser pulse characteristics for a rectangular bore strontium recombination laser operating on the 430.5 nm Sr transition at high pulse rates (3-10 kHz). Beam divergence is found to be very nearly diffraction limited for a flat-flat optical cavity, with a very uniform spatial distribution of laser intensity under optimum operating conditions. Laser pulse characteristics provide an indication of plasma conditions across the laser tube     

Amplified spontaneous emission in narrow-band pulsed dye laser oscillators--Theory and experiment

We have investigated the effect of amplified spontaneous emission (ASE) on the spectral and temporal characteristics of narrow-band pulsed dye laser oscillators. The space and time dependent rate equations for the molecular populations and photon fluxes have been solved numerically to study the dependence of ASE on various laser parameters and the effects of ASE on the spectral and temporal profile of the dye laser output. To account for the diffraction losses present in a real dye laser oscillator, appropriate feedback factors for the laser and ASE photon fluxes were introduced into the boundary conditions for the oscillator. These theoretical results have been substantiated by experimental measurements of ASE in a narrow-band pulsed dye laser oscillator. We show that a considerable reduction of ASE in a grazing incidence grating dye laser oscillator can be obtained by appropriately shaping the pump pulse. Oscillations observed in the temporal output of pulsed dye lasers are also discussed.     

云对激光下行传输影响的仿真研究

激光在云中传输时会出现能量降低、角度弥散、时间展宽和空间分散等现象。利用蒙特卡洛法研究了云的高度和厚度对激光下行传输的影响。在云厚度固定、云高度变化和云高度固定、云厚度变化两种情况下,分别仿真了激光透过云下行传输到海平面时的能量、角度、时域和空域分布。结果表明,当云厚度固定对,随着云高度的增加,到达海平面的激光脉冲半峰全宽和光斑尺寸明显增加,但是能量和角度分布基本保持不变;当云高度固定时,随着云厚度的增加,到达海平面的激光脉冲能量降低,角度分布先弥散后趋于稳定,半峰全宽增加,光斑尺寸先增大后趋于稳定。该研究为评价光通信系统的性能提供了一定的参考。     

飞秒激光脉冲序列互相关的数值模型与分析

为研究飞秒激光超短脉冲序列在空气中传输的时间相干特性,根据飞秒脉冲序列的传播理论和空气折射率Ciddor公式,建立了飞秒激光脉冲序列间脉冲在空气中传播的互相关数值模型。根据该模型可以得到不同光谱分布、不同光程差和不同大气条件下的飞秒脉冲序列间脉冲的互相关图形。数值模拟结果表明随着脉冲间光程差的增大,由于色散的原因,互相关图形加宽和啁啾,并且峰能量减小;然而当光程差不变,仅改变大气条件时,互相关图形仅仅作线性移动,没有任何额外线性加宽或啁啾。飞秒光学频率梳具有非常高的时间相干性,并且飞秒脉冲间的互相关图形只取决于激光器光源的光谱分布。     

被动锁模的石榴石激光器

研究了石榴石激光器中超短脉冲的形成,染料的吸收系数 x_0、染料的饱和功率I_s。激光介质中的光束横截面积与染料中的光束横截面积比 A 对被动锁模过程的影响。研究的激光在1.06微米产生带宽极限的脉冲,光谱分布和时间分布都是高斯函数,单个脉冲的宽度可调,从20微微秒到200微微秒。