参量荧光脉宽的理论与实验研究

参量荧光是基于光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)技术的光参量放大器的本征量子噪声。它不具备与主激光相同的时域啁啾特性,在压缩器中形成不可压缩的脉冲底座,降低了激光脉冲的信噪比。在小信号增益情况下,基于解析公式给出了不同抽运波形、不同增益、不同系统带宽和啁啾率情况下参量荧光脉宽的演化规律。结果表明:单级放大器输出荧光脉宽正比于抽运光脉宽;荧光脉宽随着增益的增大而变小;增益一定的情况下,荧光脉宽随着超高斯波形阶数的增大而变大。对OPCPA系统而言,展宽-压缩系统对荧光存在色散展宽的作用,其最终输出荧光脉宽与系统带宽、啁啾率紧密相关。基于拍瓦OPCPA(PW-OPCPA)实验平台进行了相关的验证实验,实验结果与理论具有良好的一致性。     

不同抽运波形条件下参量荧光对信噪比的影响

光参量啁啾脉冲放大器(OPCPA)是现阶段最常用的超短超强脉冲放大器之一。参量荧光是OPCPA的本征量子噪声,其形成的脉冲底座会大大降低输出信号脉冲的信噪比。采用数值模拟的方法,研究了不同脉宽比和抽运波形条件下参量荧光的演化规律及其对信噪比的影响。计算结果表明,在增益一定的情况下,随着脉宽比的增大,信噪比与效率-带宽积都呈先增大后减小的趋势。存在一个最佳脉宽比,使得两者同时达到最大。脉宽比小于此最佳值时,随着超高斯抽运光波形阶数的增大,信噪比减小而效率-带宽积增大;脉宽比大于此最佳值时,随着超高斯抽运光波形阶数的增大,信噪比增大而效率-带宽积减小。     

发散光束抽运的宽带光参量啁啾脉冲放大系统的理论研究

对发散光束抽运的光参量啁啾脉冲放大器的增益带宽进行了系统的理论研究.采用空间傅里叶变换和四阶Runge-Kutta算法，分别模拟了非衍射极限情况下的高斯光束和空间频谱为矩形的发散光束作为抽运光时的增益曲线.结果表明：不管是在可见光或是在近红外光谱区，用发散光束均可以明显地改善光参量啁啾脉冲放大系统的增益带宽.选取合适的发散角和抽运光强，可以获得高增益、宽谱带的信号光输出. 关键词： 光参量啁啾脉冲放大 增益带宽 发散角 高斯光束     

高斯脉冲在半导体光放大器中传输的解析表征

采用解析方法,在考虑材料损耗和色散的情况下,详细研究了无啁啾高斯脉冲和啁啾高斯脉冲在半导体光放大器中传输的物理过程,分析了强度增益、脉冲宽度和频率啁啾与线宽增强因子、色散系数、小信号增益特征参数及初始啁啾之间的关系。结果表明:当输入变换极限的高斯脉冲时,色散会引起增益压缩,脉冲展宽和频率啁啾;同样情况下,线宽增强因子越大,脉宽加宽越明显,输出脉冲啁啾越大,且随着线宽增强因子的增大,输出脉冲啁啾极大值向特征参数值较小的一边移动。当输入啁啾高斯脉冲时,初始脉冲啁啾越大,增益压缩越明显,啁啾系数为正时,脉冲单纯展宽,输出啁啾随特征参数的增大而逐渐减小,啁啾系数为负时,初始啁啾与群速度色散导致的啁啾相互竞争,致使脉冲先被压缩后被展宽;脉冲最窄处对应的特征参数随线宽增强因子的增大而先增大后减小,输出啁啾随特征参数的增大而经历振荡后趋于平稳。     

非单色光抽运的光参量啁啾脉冲放大的带宽及增益特性研究

采用傅里叶变换的方法将脉冲光分解成不同的频率成分,建立了非单色光抽运的光参量放大耦合方程组的数值求解模型.研究了非单色抽运光对光参量啁啾脉冲放大的小信号增益、大信号增益以及增益带宽的影响.非单色抽运光降低参量放大的增益水平,但同时可提高增益带宽,且抽运光谱宽越宽,对增益带宽的提高作用越大.还进一步从相位失配和参量带宽的角度分析了非单色抽运光使参量放大的增益降低、带宽增大的原因. 关键词： 光参量啁啾脉冲放大 非单色光 增益带宽 飞秒激光     

与794nm飞秒激光精确同步的无直流背底的1064nm脉冲光的产生

基于非共线光参量放大(NOPA)，以宽带794nm飞秒激光的倍频光为抽运光，以连续的He-Ne激光为信号光，产生了与宽带794nm飞秒激光精确同步的无直流背底的1064nm的脉冲光.实验结果显示该1064nm的光脉冲可作为光参量啁啾脉冲放大系统的抽运激光链的种子光，从而实现用全光学方法实现OPCPA系统抽运光和信号光的精确同步.还将非共线光参量放大器置于经特殊设计的He-Ne激光腔内，也同样成功得到了无直流背底的1064nm的光脉冲.经一次光参量放大后所得到的1064nm光的光谱和空间啁啾特性与非共线光参量放大器置于He-Ne激光腔外时得到的1064nm的光脉冲相同，而其单脉冲能量约为腔外NOPA的10倍. 关键词： 非线性光参量放大 光参量啁啾脉冲放大 时间同步     

非共线相位匹配LBO飞秒光参量放大器的理论分析

对非共线相位匹配LBO飞秒光参量放大器的参量特性进行了分析,结果表明利用这种参量放大器不仅可以实现高的参量增益,还可以获得极宽的参量带宽.因此它特别适合以纳秒级高功率激光作为抽运光,利用OPCPA技术放大飞秒脉冲.     

大信号增益区的宽带OPCPA系统特性分析

 利用大啁啾信号光脉冲的光谱在时域内的分布特点，采用四阶龙格-库塔算法对宽光谱的光参量啁啾脉冲放大（OPCPA）激光器特性进行了数值分析。以LBO晶体为增益介质，信号光脉冲宽度取100 ps、啁啾系数为1 000，中心波长为800 nm；泵浦光的中心波长为532 nm，脉宽为100 ps。数值计算结果表明：信号光的非线性相位变化的中心部分为线性分布区，且随增益饱和的程度增大而增大；系统的功率转换效率有准振荡结构，且其第一个极值点为系统能量最大的转换率点；随着系统进入增益饱和区，压缩光脉冲的对比度明显降低，预脉冲长度显著增大。     

皮秒短脉冲光参量啁啾脉冲放大中泵浦信号高精度同步主动控制技术研究

在皮秒短脉冲泵浦的光参量啁啾脉冲放大(ps-OPCPA)系统中,泵浦光与信号光之间的高精度时间同步是需要解决的关键问题之一.本文基于中国工程物理研究院激光聚变研究中心的全OPCPA激光装置,对用于前端ps-OPCPA中泵浦光与信号光的高精度同步主动控制技术进行了详细研究.采用大啁啾信号光窄光谱光参量放大的主动反馈方式,通过合理设计反馈光路信号光的时域展宽啁啾系数,将泵浦光与信号光的同步时间抖动从ps量级降低至百fs量级的时间范围,从而极大地改善了前端ps-OPCPA的能量和光谱不稳定性:7 min测试时间内泵浦光与信号光相对同步时间抖动的均方根值(RMS)从458 fs改善至93 fs,输出能量RMS不稳定性从30.3%改善至3.15%,且维持光谱宽度大于100 nm的稳定宽光谱输出.     

基于光纤光参量放大的光脉冲压窄技术的研究

在高重复频率的光窄脉冲源中,为了获得更窄的脉冲,需要增加泵浦功率|但泵浦功率的提高会使光放大器的增益趋于饱和,放大的自发辐射噪音增强,脉冲光信噪比下降.为此,提出了利用啁啾管理和光纤光参量放大相结合的脉冲压窄方案.将强度调制后的泵浦光通过相位调制引入线性负啁啾,由于经参量过程后在新的闲频光上啁啾会加倍,从而进一步增大了信号的谱宽,并通过色散补偿介质实现了光脉冲压缩.实验给出了10 GHz速率下的结果,通过泵浦光的相位调制在0.5 W平均泵浦光功率条件下得到了脉宽19 ps的光脉冲,结果与理论分析基本吻合.     

BBO-I非共线光学参变啁啾脉冲放大增益带宽的实验研究

以纳秒级调Q倍频的Nd:YAG激光器为抽运源,以自锁模钛宝石激光器输出并经光栅展宽的800nm啁啾脉冲为信号光,实验研究了其宽带BBO－I非共线相位匹配光学啁啾脉冲放大（OPCPA）的增益谱,研究结果表明,非共线夹角的变化对BBO－I非共线相位匹配光学参变啁啾脉冲放大的增益谱有很大的影响。     

啁啾脉冲参量放大特性的数值模拟研究

 根据啁啾脉冲激光参量放大技术,数值模拟了光参量放大在啁啾脉冲放大中的应用。研究啁啾脉冲参量放大增益及时间特性,特别是在大信号注入与小信号注入两种有代表意义的情况下,详细地分析了群速度失配、相位失配对放大过程的影响。研究了泵浦光脉冲与信号光脉冲的时间同步要求,讨论了放大系统的稳定性。     

基于“神光-Ⅱ”装置的飞秒拍瓦级光学参量啁啾脉冲放大的特性分析与系统设计

用计算机仿真分析了光学参量啁啾脉冲放大（OPCPA）的特性及其影响因素（如相位失配、高阶非线性效应等）-就脉冲放大机理、时间同步、光谱漂移、增益窄化等相似问题与现有的啁啾脉冲放大技术做了比较与讨论-基于“神光-Ⅱ”装置，设计了飞秒拍瓦级OPCPA系统，以期望实现快点火- 关键词： 超短超强激光 啁啾脉冲放大 光学参量啁啾脉冲放大 数值模拟     

非共线相位匹配LBO晶体飞秒光参变放大器的研究

对非共线相位匹配LBO晶体飞秒光参变放大器进行了系统地分析和理论研究，用数值方法得出了非共线角、相位匹配角、增益和增益带宽之间的关系，给出了放大器设计的各种最优化参量。研究结果表明，这种参变放大器不仅可以实现较高的参变增益和获得极宽的增益带宽，还具有较大的参变允许角、较小的走离角和小的群速色散。因此这种参变放大器对于以纳秒级高功率激光作为抽运光，利用光参变啁啾脉冲放大（OPCPA）技术高效率参变放大飞秒脉冲产生10^12W甚至10^15W级的超强超短激光脉冲具有重要的意义。建立的理论模型具有普遍意义，也为其他类似的参变过程提供了重要的理论依据。     

高效三通光参量啁啾脉冲放大器

为了提高信号光与抽运光在时域上的匹配,提高放大系统的增益,提出了三通光参量啁啾脉冲放大的方法。实验中,信号光在一块晶体内被一抽运光在完全相位匹配的条件下放大了三次,总放大增益为3.7×107,能量晃动小于3%rms,放大后的信号光谱宽为30nm,压缩后的信号光脉宽为82fs。实验结果表明:采用三通光参量啁啾脉冲放大方法,有效地抑制了放大过程中参量荧光对放大过程的影响,在抽运光强为350MW/cm2时,参量荧光仅占输出总能量的1%。     

光参量啁啾脉冲放大中时间同步抖动对增益稳定性的影响

 在考虑了光参量啁啾脉冲放大中的脉冲波形、相位失配和时间同步抖动情况下，给出了计算光参量啁啾脉冲放大增益特性更为完善的三波耦合理论模型。并在1 ns的时间同步抖动情况下，对比分析了光参量放大在小信号放大及饱和放大时的增益稳定性。光参量放大的时间同步抖动对增益影响非常大,使放大信号光脉冲的增益光谱发生了明显的偏移，波形不对称和整个增益降低；并且信号光光谱越宽，光参量放大间的时间同步抖动对其增益影响越严重；但随着参量放大增益饱和的出现和加深，信号光和抽运光之间的同步时间抖动对放大信号光的输出强度影响减弱，即在饱和放大处可以获得更稳定的放大信号光输出。     

基于光束偏转的扫描式宽带光参量啁啾脉冲放大

光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)是超短激光脉冲领域的重要技术之一,增大增益带宽对提高OPCPA的转换效率、实现宽带光参量放大具有重要的意义.本文将光束偏转和非共线OPCPA有机结合,提出了基于光束偏转的扫描式宽带OPCPA模型.分析了通过光束偏转来时刻改变非共线角,以保证各频率成分的相位匹配,从而增大增益带宽的基本原理.采用提出的扫描式宽带OPCPA,针对800 nm中心波长、带宽约为100 nm信号光的光参量放大进行了数值计算.结果表明:经过扫描式OPCPA后,信号光的带宽与放大之前几乎相同,光谱没有窄化;扫描式OPCPA比固定非共线角方式的放大极大地增加了增益带宽和转换效率,实现了宽带的光参量放大;要满足信号光各频率成分的相位匹配,达到最大的增益带宽和转换效率,需要尽量减小加载到钽铌酸钾(KTa_(1-x) Nb_xO_3, KTN)电光晶体上的电压抖动和电压延时.     

基于光纤光参量放大的光脉冲压窄技术的研究

在高重复频率的光窄脉冲源中,为了获得更窄的脉冲,需要增加泵浦功率;但泵浦功率的提高会使光放大器的增益趋于饱和,放大的自发辐射噪音增强,脉冲光信噪比下降.为此,提出了利用啁啾管理和光纤光参量放大相结合的脉冲压窄方案.将强度调制后的泵浦光通过相位调制引入线性负啁啾,由于经参量过程后在新的闲频光上啁啾会加倍,从而进一步增大了...     

输出13.5fs激光脉冲的非共线式光参量放大器

利用BBO晶体在400nm的抽运光与信号光夹角为37°时,可同时在可见光范围内很宽的光谱范围里实现相位匹配的特点,实现了在可见光范围内具有极宽输出光谱宽度的飞秒光学参量放大器(OPA)的稳定运转,其输出脉冲能量大于15μJ,转换效率超过15%.并且在仅采用啁啾镜作为脉冲压缩器的情况下,获得了输出脉冲宽度为135fs的极窄光脉冲,其脉冲宽度压缩比高达22倍 关键词： 非共线相位匹配 光学参量放大 啁啾镜     

一种新型的利用重构等效啁啾超结构光纤光栅消啁啾技术研究

提出了一种利用重构等效啁啾超结构光纤光栅对啁啾光脉冲进行频域消啁啾和时域脉宽压缩的方法.由于重构等效啁啾技术可实现任意物理可实现滤波特性的光纤光栅,因此所提出的新型消啁啾方法可以针对任意啁啾模型的脉冲.仿真结果表明,对于脉宽为20 ps,啁啾系数为-5,啁啾模型为线性、高斯型、洛仑兹型的啁啾高斯脉冲,其被消啁啾后时间带宽积分别由初始的225,265,250下降到0458,0708,0731,脉宽压缩效果明显.针对商业软件给出的增益开关分布反馈半导体激光器输出光脉冲的模型,实际制作相应的重构等效 关键词： 重构等效啁啾 光纤光栅 啁啾 增益开关分布反馈半导体激光器