基于全固光子带隙光纤中自频移孤子的相干合成产生少周期飞秒激光脉冲

报道了一种基于同一台光纤飞秒激光器的双路飞秒激光相干合成技术,获得脉宽只有4个光学周期(14 fs)的少周期飞秒脉冲。通过数值模拟证明了基于自频移孤子的相干合成为拓宽光谱、窄化脉冲提供了一个很好的方法,是获得少周期飞秒脉冲的可行方案。实验中,一台掺镱光纤飞秒放大系统输出脉宽为62 fs,中心波长为1040 nm的近变换极限脉冲,该脉冲分束后,一束作为基态孤子,另一束耦合到全固光子带隙光纤中产生自频移孤子,通过调整入射脉冲功率等参数获得了中心波长为1150 nm,脉宽为55 fs的近变换极限自频移孤子。将基态孤子与该自频移孤子相干合成,得到了脉宽仅4个光学周期(14 fs)的激光脉冲。     

用飞秒激光研究溶液中激光染料分子的超快弛豫

采用国产元件组装了掺钛蓝宝石飞秒激光振荡器,获得了脉宽５２ｆｓ的稳定输出,并实现了较高效率的情频,以此为基础发展出一种新的实验方法—飞秒时间分辨受激发射泵浦荧光凹陷探测技术,并用它观察了激光染料ＬＤＳ８２１的超快弛豫过程。     

超快光纤激光驱动的长波中红外飞秒脉冲光源（特邀）

基于差频产生的中红外飞秒光源具有波长调谐范围宽（6~20 μm）、覆盖范围广（整个“指纹区”）和系统复杂程度低等优势,超快光纤激光器驱动的中红外飞秒光源只有差频部分采用了空间光路,进一步提高了系统的稳定性。文中介绍基于超快光纤激光器驱动的光学差频产生长波中红外飞秒脉冲的技术路线,阐述在差频过程中如何通过非线性光纤光学技术（包括超连续谱产生、孤子自频移和光谱滤波技术）产生合适的信号脉冲,并从理论上详细介绍差频过程中提高中红外脉冲功率的方法。     

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)     

飞秒激光烧蚀金属镍热影响区的数值模拟

为了定量分析飞秒激光金属加工中的热影响,基于一个二维的双温模型,采用有限差分法计算了飞秒激光烧蚀金属镍的径向热影响区.提出一种飞秒激光烧蚀热影响区定义,把热影响区定义为两部分,一部分是熔化再凝固区(晶格温度介于相爆炸温度和熔化温度之间的区域),另一部分是热激活区(晶格温度介于熔化温度和热激活温度之间的区域).通过研究表层晶格不同时刻的径向温度分布,得到飞秒激光烧蚀500nm厚金属镍的径向热影响区是160nm.结果表明,飞秒激光加工的热影响区非常小,可以实现对金属材料的超精密加工.并分析了电子热导率和电子比热容对径向热影响区的影响.     

飞秒激光光镊轴向力的计算与分析

光镊已成为捕获和操纵微米尺度粒子和生物细胞的有效手段，而目前常用的光镊光源为连续激光或长脉宽的脉冲光。提出飞秒激光光镊的概念．将飞秒激光序列脉冲视为对连续光的周期抽样，借助于连续光光镊的分析方法，建立了飞秒激光光镊对电介质微粒产生的轴向光学力的理论模型。给出影响捕获微粒的主要因素，指出存在最佳束腰半径和被捕获粒子半径。数值计算结果表明选取合适的飞秒激光脉冲能量、束腰半径、脉冲波长以及微粒与周围媒质的相对折射率．微米尺寸的微粒完全能被飞秒激光稳定捕获。综合考虑被捕获微粒所受的脉冲式光学梯度力、重力和布朗惯性力的作用，讨论了飞秒激光光镊轴向光学梯度力的脉冲式特点及实现稳定捕获的条件。     

飞秒激光诱导Si表面周期条纹结构形成的超快成像研究

正飞秒脉冲激光出现以后,飞秒激光与物质相互作用得到了广泛的研究,出现了许多新现象、利用飞秒激光照射半导体材料表面,形成了周期远小于激光波长的纳米周期结构。建立了飞秒激光超快成像系统,直接观察到了飞秒激光诱导Si表面周期条纹在3 ns时间范围内的演化过程。将一束800 nm、50fs的线偏振飞秒激光分成两束,其中一束照射Si表面诱导产生周期条纹结构;另一束光经透镜会聚至水中产生脉宽约为1 ps的白光,利用此白光作为光源对周期条纹结构成像。改变两光束间的延迟时间,可得到飞秒激光诱导周期条纹结构在不同时间尺度的图像。通过观察发现,当激光脉冲能量大于材料单脉冲烧蚀阈值时,经3个飞秒脉冲照射后,能够产生规则的周期条纹结构,条纹垂直于激光偏振方向,周期约为500 nm。在时间尺度上,800 nm飞秒脉冲照射后,材料表面反射率增强,说明由于飞秒脉冲照射激发了材料表面等离子体的产生。约20 ps后,条纹开始出现;之后随着条纹长度、深度的增加,约70 ps后,能够观察到较清晰的周期条纹;经比较,在飞秒脉冲照射后约600 ps时,周期条纹形状与材料表面凝固后所产生的条纹结构基本相同。这一研究对飞秒激光诱导表面周期结构的形成机理具有重要的意义。     

紫外飞秒激光的脉宽测量方法

相对于近红外波段的飞秒激光脉冲，紫外波段的飞秒脉冲由于具有单光子能量高、聚焦特性好、电离率高和成丝阈值低等优点，在高功率密度光场的产生、等离子体光物理等领域有着越来越广阔的应用前景，成为激光技术的研究热点。随着紫外飞秒激光技术的发展，传统的脉宽测量方法不能满足需求。指出了紫外飞秒激光脉宽测量研究的主要进展，讨论了目前可用于紫外飞秒激光脉宽的测量方法，主要有双光子荧光测量法、互相关法、简并四波混频法、多光子电离法，介绍了相关测量原理与特点。在此基础上，对紫外飞秒激光脉宽测量技术研究前景进行了展望。     

基于光子晶体光纤飞秒激光技术的高功率紫外激光源

实验研究了一种基于大模场面积光子晶体光纤飞秒激光技术的紫外飞秒激光源.分析了群速失配下的倍频光和基频光的走离长度,并实验比较了不同长度的BBO晶体的倍频功率和效率.分别采用5 mm和0.18 mm的两块BBO晶体,在Ⅰ类相位匹配条件下,对光子晶体光纤放大器输出的脉宽为110 fs,重复频率50 MHz的1040 nm飞秒激光进行腔外二倍频(SHG)和四倍频(FHG),获得了高功率紫外飞秒激光.在20 W的平均功率抽运下,获得了8.88 W的二倍频绿光输出,转换效率为44.4%.同时获得了656 mW的四倍频260 nm紫外激光,单脉冲能量13 nJ,最高功率时二次谐波(SH)到四次谐波(FH)的转换效率为7.39%.     

非线性激光制造的进展与应用（特邀）

超快激光是指脉冲宽度极窄的激光,其瞬时功率极高,与物质之间的相互作用呈现出非线性、非平衡、多尺度的状态。超快激光具有超快（脉冲持续时间短）、超强（瞬时功率高）、超精细（加工结构精细）等特点,由此实现的非线性激光制造技术可以打破传统微纳制造的局限,实现各类难加工材料和复杂微纳结构的超精细制造,精度可达亚微米至纳米量级,在微光学、生物医学、智能电子器件等前沿领域体现出了独特的应用价值。文中主要聚焦飞秒激光微纳加工技术前沿,简要概括了飞秒激光加工的特点;介绍了飞秒激光加工的主要技术手段,包括飞秒激光直写和飞秒激光并行加工;讨论了飞秒激光加工技术的前沿应用领域,如微纳光学器件、微流体器件、多功能结构化表面、生物医学工程等;最后,对飞秒激光加工制造技术未来的发展趋势和研究方向进行展望。     

Optical properties of quasiperiodic and aperiodic PbS-CdS superlattices

The transmission spectra of quasiperiodic Fibonacci superlattices and aperiodic Thue-Morse superlattices of the system PbS-CdS at room temperature and at 77 K are investigated. The superlattices are fabricated by pulsed laser-beam evaporation. The spectrum of optical transitions of the aperiodic superlattice is much richer than implied by a calculation of the spectrum of periodic superlattices. This is a consequence of the fractal structure of the energy spectrum of the aperiodic superlattices. Self-similarity is observed in the energy spectra of Thue-Morse lattices. Fiz. Tekh. Poluprovodn. 31, 56–62 (January 1997)     

脉冲形状对切普异步时域相位OCDMA的影响

采用超抽样序列的非周期互相关函数值,研究了脉冲形状对切普异步时域相位光码分多址(OCDMA)系统性能的影响.在高斯波形的情况下,定量分析了OCDMA系统的差拍噪声和多址干扰.采用码长127的Gold序列,得到了切普异步时域相位OCDMA系统的平均误码率性能.结果表明,光脉冲越窄,码字的非周期相关性能越好,这将降低多址干扰和差拍噪声,改善误码率性能.     

Mode conversion of ultrafast pulses by grating structures inlayered dielectric waveguides

Various grating configurations are introduced to develop structures for the mode conversion of an ultrafast, ultrawide-bandwidth optical pulse propagating in a layered dielectric waveguide. Introducing a new technique for efficient, real-time mode extraction, we examine these schemes with a full-wave, vector, finite difference time domain (FDTD) Maxwell equation simulator. The resulting FDTD simulator is very flexible and accurate; it is capable of modeling the interaction of few- or many-cycle optical pulsed modes with finite, aperiodic gratings with complex material configurations. The grating structure can be tailored to the pulsed optical modes of interest with this FDTD simulator. It is used to design a composite mode-conversion grating structure that realizes a 29.45% increase in the converted mode energy for an ultrafast six-cycle optical pulse over that achieved with standard uniform grating convertors     

自相位调制对超短脉冲在准周期Fibonacci光学超晶格中传输的影响

从准周期Fibonacci超晶格的结构特点和超短脉冲的传输特性出发,分析了超短脉冲在Fibonacci超晶格中传输时,自相位调制对脉冲频谱的调制,同时考虑了由SPM造成的频率啁啾对脉冲特性的影响,发现SPM对脉冲特性影响很大,它不但使脉冲频谱展宽,而且限制超晶格的总体长度及基本单元的结构。     

Light absorption in aperiodic PbS/C superlattices in an electric field

Light absorption is investigated in aperiodic PbS/C Fibonacci and Thue-Morse superlattices at room temperature for two orientations of the light wave electric field. In the first case the electric field vector is directed parallel to the plane of the superlattice. In the second case there is a component perpendicular to the plane of the superlattice. Light absorption is investigated in an external electric field directed along the axis of the superlattice. Fiz. Tekh. Poluprovodn. 32, 857–859 (July 1998)     

Extremely short electromagnetic pulse in a superlattice taking into account field inhomogeneity along its axis

The propagation of a two-dimensional electromagnetic pulse in a semiconductor superlattice is investigated. For the first time, inhomogeneity of the pulse field along the superlattice axis is taken into account. The electromagnetic-field evolution and the charge density in a sample are described with the help of the set of Maxwell equations and the continuity equation. As a result of numerical modeling, the possibility of propagation of the two-dimensional electromagnetic pulse in the superlattice is shown. It is established that the propagation of the electromagnetic pulse results in redistribution of the electron concentration in the sample.     

Waveguide grating filters for dispersion compensation and pulsecompression

Dispersion compensation and pulse compression are theoretically demonstrated using aperiodic waveguide gratings. The gratings are designed to have both a flat amplitude and a quadratic phase response over the pulse bandwidth. This results in nearly transform-limited compressed pulses. The appropriate waveguide grating parameters are obtained by applying the Gel'fand-Levitan-Marchenko inverse scattering method to the coupled mode equations which describe propagation. The technique is illustrated by designing an aperiodic grating which compresses a 60-ps pulse by a factor of three. Limitations and possible extensions of the general method are discussed     

新型电子器件和光学器件的共振隧穿结构

描述了一种新型共振隧穿结构器件，这种器件包含了通过可变间隙超晶格能量滤波器（ＶＳＳＥＦ）中的耦合量子附态的隧穿过程．论证了通过ＡｌＡｓ／ＧａＡｓＶＳＳＥＦ器件高能态和ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ超晶格受激态的共振隧穿，描述了这种器件作为较高功率微波源和共振隧穿晶体管的应用，并讨论了共振隧穿结构作为雪崩探测器和红外发射器等光学器件的潜在应用．     

A monolithic white LED with an active region based on InGaN QWs separated by short-period InGaN/GaN superlattices

A new approach to development of effective monolithic white-light emitters is described based on using a short-period InGaN/GaN superlattice as a barrier layer in the active region of LED structures between InGaN quantum wells emitting in the blue and yellow-green spectral ranges. The optical properties of structures of this kind have been studied, and it is demonstrated that the use of such a superlattice makes it possible to obtain effective emission from the active region.     

全数字光PPM接收机的最佳帧节同步

光ＰＰＭ通信有良好的应用前景,同步是它实现的核心问题,本文推导了全数字光ＰＰＭ接收机的最大似然帧节同步算法,并给出了两个更容易实现的简化算法,讨论了最佳ＰＰＭ同步序列的设计问题,用计算机模拟了三种算法的工作性能。