百微焦飞秒光纤啁啾脉冲放大激光系统

报道了一套基于棒状光子晶体光纤放大器的高脉冲质量飞秒啁啾脉冲放大激光系统。该系统主要由锁模光纤振荡器、脉冲展宽器、脉冲选单单元、脉冲延时单元、掺镱光纤预放大器、棒状光子晶体光纤主放大器以及光栅压缩器组成。通过精细调节展宽器和压缩器中的光栅位置及入射角度优化系统的色散,当输出脉冲的重复频率为500 kHz时,获得了平均功率为51.5 W、单脉冲能量为103μJ、脉冲宽度为251.7 fs的高脉冲质量高稳定性的飞秒激光输出。在1 MHz的重复频率下,获得了平均功率为61.5 W、脉冲宽度为273 fs的高脉冲质量飞秒激光输出;使用偏硼酸钡(BBO)晶体进行非线性频率变换,获得了平均功率超过20 W的517 nm绿光激光输出。     

用于抽运5PW钛宝石啁啾脉冲放大器的钕玻璃片状放大器的设计与应用

基于蒙特卡罗光线追迹法,进一步研究了钕玻璃片状放大器三维空间聚光腔抽运分布的数值模拟。并且,结合氙灯的充放电回路及辐射光谱、放大自发辐射、以及激光脉冲受激辐射放大等相关数值计算模块,实现了片状钕玻璃放大器由储能至放大的整个过程的动态数值仿真。基于该数值模拟结果,设计研制的钕玻璃片状放大器已用于5PW钛宝石啁啾脉冲放大器的抽运源中,其实验输出结果与数值计算结果基本一致。     

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。     

同步抽运源光学参量啁啾脉冲放大飞秒激光系统

啁啾脉冲放大(CPA)技术已被广泛应用在几太瓦(TW)至1000 TW的许多高功率激光系统中.光学参量放大器有着宽的放大带宽,能支持短至几飞秒激光脉冲的无光谱畸变放大.近年来,一种基于光学参量啁啾脉冲放大(OPCPA)技术的飞秒激光系统,已被提出和成功演示.我们实验室正在建造几太瓦级的OPCPA激光系统,该系统要求一台纳秒级的激光装置作为OPCPA系统的抽运源.本文介绍我们已建成的台式高功率倍频Nd∶硅酸盐玻璃激光装置.其输出波长532 nm、脉宽0.5 ns、能量15 J,光束口径为40 mm. 这台Nd∶硅酸盐玻璃激光装置的种子源与OPCPA激光系统一样来自于同一台飞秒1064 nm激光振荡器,它是一台由13瓦的Ar离子激光抽运的自锁模掺钛蓝宝石激光器,产生120 fs、带宽10 nm的1064 nm脉冲列.脉冲列进入一个光栅展宽器,把激光脉冲宽度展宽到0.3 ns水平,然后分出一束作为OPCPA的种子源,另一束进入一台重复频率1 Hz的Nd∶硅酸盐玻璃再生放大器,将脉冲能量从0.5 nJ放大到几毫焦耳,脉冲宽度展宽到0.7 ns. 从再生放大器输出的激光脉冲进入Nd∶硅酸盐玻璃激光放大链进行放大,最后由KDP倍频晶体对输出的1064 nm激光倍频,获得0.5 ns、15 J的绿光.输出的绿光由光学系统导向光学参量放大器,给OPCPA系统的1064 nm的啁啾种子脉冲作同步抽运,同步精度可达数十飞秒量级.(PB6)     

利用快速相位反馈控制输出变换极限飞秒激光脉冲

报道了利用简化的频率分辨光学开关法快速测量飞秒激光脉冲,并形成反馈,控制液晶空间光调制器,补偿非线性光纤飞秒激光放大器输出脉冲的啁啾,获得了脉冲宽度74 fs的变换极限脉冲。     

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。     

基于光子晶体光纤放大系统的皮秒方波产生

在光子晶体光纤飞秒激光放大系统中,利用液晶空间光调制器的调制特性,实现了对超短激光脉冲实时、可控的脉冲振幅整形,分析了大线性啁啾方波脉冲在放大过程中的频域和时域形状随泵浦功率的变化规律,在此基础上,通过液晶空间光调制器对主放大器前的脉冲频谱形状进行了预先调整,放大后获得了中心波长为1 031 nm,光谱宽度为13 nm,脉宽为15 ps的方波脉冲,证实了采用光谱优化后的飞秒脉冲作种子,可以较好地克服光子晶体光纤放大器增益不均引起的频谱形状的变化。     

光脉冲在钕玻璃激光放大介质中的传播特性研究

建立了用于研究光脉冲在钕玻璃激光放大介质中传播特性的模拟软件.它综合考虑了激光放大介质中基质的克尔非线性效应、群速度色散、活性粒子的增益谱以及增益饱和对光脉冲传播特性的影响.所得结果对高功率钕玻璃激光放大器的设计和优化有参考价值.     

高功率光纤飞秒激光放大器的研究现状与发展趋势

针对高功率光纤飞秒激光放大器,介绍了啁啾脉冲放大(CPA)技术的基本原理,讨论了该结构中关键的展宽器和压缩器的发展现状与瓶颈;介绍了典型的大模场面积光纤的结构和工作原理,简介了基于大模场面积光纤的CPA系统的发展现状;介绍了非线性放大技术,讨论了实现更窄脉冲宽度、更高脉冲质量的光纤飞秒激光放大方案;最后分析了全光纤结构、相干合束、单晶光纤增益介质以及皮秒种子源等新型技术,并总结了高功率光纤飞秒激光放大器的发展趋势。     

脉冲形状对半导体激光放大器用于啁啾补偿的影响

光脉冲经过增益饱和的行波半导体激光放大器后,由于放大器的自相位调制,使放大脉冲附加上频率啁啾。合适的附加啁啾不但能抵销入射脉冲的初始啁啾,而且还有可能借助简单的群速度延迟线对脉冲进行压缩。本文计算了不同形状的入射脉冲经光放大器放大后的输出脉冲形状及其附加的频率啁啾,分析了它们对光放大器用于啁啾补偿的影响。     

数字激光告警系统探测接收前端设计

探测接收前端是激光告警系统的关键部件,针对数字激光告警系统设计激光脉冲探测接收前端.采用宽带、高增益、低噪声的跨导放大方式实现了对最小来袭激光脉冲产生的10 nA,10 ms的微弱窄脉冲电流的放大,采用放大器饱和方式实现信号的整形,把来袭激光脉冲转换、放大成数字系统能处理的数字脉冲,脉冲宽度代表作用能量大小.前端最小可检测来袭激光信号能量达1μW,动态范围达100 dB.该宽带低噪声跨导放大电路很好地处理了电容对窄脉冲的影响,具有带宽宽(500 MHz),成本低的特点,为放大微弱的ns级及以下的窄脉冲电流信号提供一个很好的宽带方案.该设计结构简单、成本低廉、易于维护,不仅可用于激光来袭探测,还可用于激光安防系统等.     

BBO晶体Ⅰ类相位匹配从可见光到近红外光宽带参量放大的带宽研究

超快激光的应用,需要有高功率、窄脉宽和宽调谐的激光光源。飞秒光参量放大是产生可调谐、短至几个飞秒光脉冲的一种重要方法。为获得极窄的飞秒光脉冲,飞秒光参量放大器就应该有尽可能大的本征带宽。理论研究了BBO晶体在Ⅰ类非共线相位匹配条件下的宽带参量放大特性。将多色相位匹配技术应用于飞秒光参量放大,推导出信号光带角色散时的宽带运转条件。分别介绍了从可见光到近红外光选取合适的参数实现宽带运转的方法。基于400nm蓝光抽运的BBO晶体光参量放大器(OPA),系统地分析了非共线角和信号光角色散值对相位失配和参量带宽的影响。研究结果表明选取适当非共线角和在近红外光中引入适当的角色散可极大提高参量带宽。     

二阶非线性飞秒激光技术的研究

讨论了若干利用二阶非线性效应的飞秒激光技术研究进展。基于传统的钛宝石飞秒激光器,提出了可产生稳定的1μm波段可调谐飞秒激光的新型注入式飞秒光参量放大（OPA）系统。结合相位匹配折返原理,用部分氘化KDP晶体作为：二阶非线性介质,实现了对20nm带宽的1μm波段飞秒激光的高效宽带倍频,倍频效率达到55％。最后介绍了具有脉冲扩展功能的时间望远镜系统。     

用于高能拍瓦激光系统前端的周期极化LiNbO3光参量放大

为了在高能拍瓦激光系统中设计和应用光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)技术,建立了仿真模拟程序,并以周期极化LiNbO3光参量放大器为例,分析了在准相位匹配条件下,前级光参量啁啾脉冲放大特性的影响参数,包括:非共线角、晶体长度、增益带宽、高阶非线性效应等.为设计与应用光参量啁啾脉冲放大技术提供了理论和数据上的参考.     

基于光谱控制与色散优化的飞秒啁啾脉冲放大系统

飞秒激光在工业加工、精密测量、军事国防、科学研究等领域具有广阔的应用前景。报道了基于光谱控制与色散优化的高功率、高脉冲质量飞秒啁啾脉冲放大系统。利用与压缩器色散量相匹配的色散可调啁啾布拉格光纤光栅(CFBG)作为展宽器,通过微调CFBG色散量补偿系统的残余色散使整个系统的净色散趋于零;同时引入光谱滤波等手段,保证入射到主放大器之前的脉冲光谱形状不发生畸变,避免了放大过程中脉冲质量的劣化。最终获得了重复频率为50 MHz、平均功率为24 W、脉冲宽度为198 fs的高脉冲质量飞秒激光输出。     

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)     

1560 nm飞秒激光分离脉冲非线性放大压缩技术研究

介绍了一种基于分离脉冲的掺铒光纤飞秒激光放大技术及光源装置.该光源采用分离脉冲放大技术将待放大种子脉冲先通过偏振复用方式分割成若干个子脉冲,再南光纤主放大器非线性放大和压缩,从而免去了光栅对或者棱镜对的使用.1.55 μm波段分离脉冲放大技术的特点在于不仅可以有效降低飞秒脉冲放大过程中的光谱非线性畸变,实现无基底的时域脉冲输出,而且可以通过管理泵浦光强度和光纤长度对非线性效应和光谱展宽程度进行精细控制.实验上,研究了主放大器在低非线性条件和高非线性条件下的脉冲放大和压缩效果.其中,在低非线性条件下,主放大器直接输出脉冲宽度830 fs,平均功率3W的激光,相应峰值功率为36.1 kW;在高非线性条件下,主放大器直接输出脉冲宽度137 fs、平均功率1.54W的激光,相应峰值功率为112 kW.通过周期极化铌酸锂晶体光学倍频验证了1560 nm飞秒脉冲的对比度,倍频效率最高可达40.3％.     

啁啾脉冲激光放大器输出光束时间特性的理论和数值模拟

利用分布傅里叶变换对描述啁啾脉冲放大的非线性薛定谔方程进行求解 ,研究了在钕玻璃和钛宝石这两种增益介质中 ,自相位调制、增益变窄和增益饱和这三种非线性效应对放大啁啾脉冲输出特性的影响 ,具体给出了在不同放大介质中 ,它们对放大脉冲的影响程度和影响结果。重点阐明了自相位调制对放大啁啾脉冲的影响 ,及其与另外两种非线性效应的内在联系     

百焦耳级有源反射镜钕玻璃激光放大器

搭建了一套氙灯抽运的有源反射镜钕玻璃激光放大器系统。实验研究了有源反射镜钕玻璃激光放大器的增益特性及能量提取。钕玻璃几何尺寸为380mm×160mm×30mm,掺杂浓度为2.2%(质量分数)。充电电压为23kV时,实验测得系统的小信号增益系数为0.056cm-1,储能效率为2.0%。充电电压为22kV时,输出激光光斑尺寸为126mm×126mm,脉冲宽度为5ns;预放注入能量为6.67J时,激光放大系统获得最大为349J的能量输出。系统静态波前峰谷(PV)值为8.38λ。     

皮秒染料激光放大器

近几年来,由于采用了对撞脉冲锁模(CPM)的方法,使激光脉冲的宽度达到飞秒量级,但由于产生的激光单脉冲能量只有100pJ左右,使它的应用受到很大的限制,因此我们必须用高功率的激光脉冲泵浦染料放大器使飞秒光脉冲的能量达100μJ左右,期望用放大的飞秒光脉冲作为有效的手段,在物理学、化学、生物学及光电子学等领域,以求获得突破性的进展。