能同时实现光谱位相相干电场重构法和频率分辨光学门法的系统

从光谱位相相干电场重构法(SPIDER)和频率分辨光学门法(FROG)的原理和算法出发,建立了一个光路系统,在同一系统上可实现FROG方法脉宽的精确测量和SPIDER方法相位的快速检测,保留了两种方法的优点.对KLM钛宝石激光器输出的脉冲的光谱位相进行了实际测量和分析,说明了装置和算法的有效性,且脉冲检测精度优于0.1 fs.     

飞秒激光光谱位相干涉仪的数值模拟与分析

对用光谱位相相干直接电场重建法 (SPIDER)测量飞秒光脉冲啁啾特性的光谱位相干涉仪进行了数值模拟 ;对假设具有不同类型啁啾的飞秒脉冲进行光谱位相重构 ,还原出时域脉冲强度包络和位相 ,并与实验结果进行了比较     

用频率分辨光学开关法测量飞秒激光脉冲

飞秒脉冲的测量在飞秒激光的应用中起着关键性作用.文中阐述了频率分辨光学开关法测量飞秒脉冲的原理和再现算法,构建了一台用于飞秒脉冲测量的二次谐波-频率分辨光学开关装置,利用该装置对谐振腔输出的飞秒脉冲进行了测量.利用二次谐波-频率分辨光学开关法测量得到了描迹图信号,对信号分布进行计算机迭代处理,得到了飞秒脉冲的时间宽度及光谱宽度、电场及其位相在时域和频域的详细信息.谐振腔直接输出脉冲的时间宽度为56 fs,光谱宽度为27 am,时间带宽积为0.686,算法中的最小误差为0.001 792.实验结果表明二次谐波.频率分辨光学开关法是一种有效的飞秒脉冲测量方法.     

用光谱位相相干电场重构法还原飞秒脉冲相位

基于光谱相位相干直接电场重建法(SPIDER)测量飞秒激光脉冲的基本原理和重构相位的反演算法,数值模拟了SPIDER技术重构飞秒脉冲相位的过程,分析了非线性晶体、时间延迟τ、光谱剪切量Ω的选取原则。以高斯型线性啁啾脉冲为例,还原出了脉冲的位相,得到不同的待测脉冲重构出的最佳位相曲线具有不同的最佳延迟时间和光谱剪切量。     

高能量低重复频率超短激光脉冲的测量

利用非线性晶体 (BBO)的非共线匹配倍频效应 ,研制了实时测量高能量低重复频率超短激光脉冲宽度的单脉冲自相关仪 ,并对飞秒 (fs)参量放大器的输出脉冲宽度进行了测量 ,测得了 10 3fs的超短激光脉冲宽度。     

光谱相位相干直接电场重构法测量飞秒脉冲的适用性问题

分析了现有光谱相位相干直接电场重构法(SPIDER)系统的一个缺点,即需预先估计待测脉冲的特性,来设定合适的系统参数.因而其适用范围受到一定限制,特别是在测量啁啾脉冲时容易出现偏差.实验用SPIDER系统分别测量了钛宝石飞秒激光器输出的脉冲及其经BK7玻璃块展宽得到的啁啾脉冲,测得啁啾脉冲的宽度为295 fs,作剪切量修正后测得脉宽为322 fs,后者更接近理论预期的313 fs.这表明SPIDER系统测量啁啾脉冲时,如果色散器提供的色散量不够大,会出现一定程度的偏差.通过补充记录两个和频脉冲的光谱,修正实际的剪切量,可有效减小误差,但问题仍未完全解决.     

基于小波分析的光谱相干电场法误差分析

为了更精确地评价超短脉冲的特性,利用小波变换的时间频率联合分析和多尺度分析特性,将小波变换应用于光谱位相相干电场重构法(SPIDER),对给定脉冲进行了数值模拟,讨论了小波函数的形状因子对还原误差的影响,确定了形状因子的选取原则,采用与傅里叶变换互校的方法找到合适的形状因子以减小形状因子对还原结果的影响。对KLM钛宝石激光器输出的脉冲采用SPIDER法进行了测量,并与傅里叶变换结果进行了比较,证明了方法的准确性和可行性。     

频率分辨光学开关法测量飞秒脉冲

阐述了频率分辨光学开关法测量飞秒脉冲的原理,详细分析了模式尺寸效应和非线性效应对飞秒脉冲测量的影响.构建了一台用于飞秒脉冲测量的二次谐波-频率分辨光学开关装置,利用该装置对谐振腔输出的飞秒脉冲及压缩后的脉冲进行了测量.得到了飞秒脉冲的时间宽度及光谱宽度、电场及其相位在时域和频域的详细信息.谐振腔直接输出脉冲的时间宽度为56 fs,光谱宽度为27 nm,时间带宽积为0.686,算法中的最小误差为0.001792.脉冲压缩后的测量结果为27 fs,光谱宽度为92 m,时间带宽积为1.27,算法误差为0.0093289.     

基于中空光子带隙光纤的飞秒激光脉冲压缩

利用中空光子带隙光纤(HC-PBGF)对光子晶体光纤飞秒激光器输出的激光脉冲进行腔外再压缩.激光器输出的脉冲中心波长为1040 nm,脉冲宽度为475 fs,平均功率为400 mw,单脉冲能量为8 nJ.通过白光干涉法测量可中空光子带隙光纤的色散参数为-48 ps2/km,并利用截断实验得到了所用光纤的最优化长度,压缩后获得的最短脉冲宽度为108 fs,接近变换极限,传输效率为89%.由于该光纤纤芯的非线性系数较低,脉冲在其中传输无非线性效应,压缩后输出光谱保持不变.     

利用腔内位相调制改善固体激光器的光束质量

提出一种新的利用腔内位相调制的方法来改善激光器输出的光束质量。位相调制用铌酸锂 (LiNbO3 )电光晶体实现 ,所用激光器为连续氪灯抽运的Nd∶YAG激光器。实验结果表明 ,利用腔内位相调制的方法 ,可以有效地使多模激光变为具有均匀光强分布的近基模光束     

利用块状介质进行飞秒强激光脉冲的腔外压缩

高强度飞秒激光脉冲的腔外压缩是获得高次谐波阿秒脉冲驱动源的必要手段.实验研究了超强超短飞秒激光脉冲在经过块状介质后的光谱展宽和色散补偿压缩现象.单脉冲能量0.26 mJ,脉宽50 fs的激光脉冲经透镜在空气中聚焦后再入射到块状材料上,出射脉冲光谱被展宽到接近40 nm.由于在块状材料中的自聚焦效应,出射光束质量变好并保持较小的空间啁啾.利用熔融石英棱镜对补偿带有正色散的出射脉冲,最后得到＞0.1 mJ,19 fs的压缩脉冲.利用SPIDER装置测量了出射脉冲的脉宽和光谱相位.整个系统的能量效率大约为35%,压缩后的激光脉冲具有很好的空间分布和平滑的时域包络.实验结果实现了利用块状材料对飞秒激光脉冲的腔外压缩,这种方法将适用于对更高能量飞秒脉冲的压缩.     

掺氧化镁铌酸锂晶体中高强度近红外飞秒激光脉冲线性电光效应

数值研究了掺氧化镁铌酸锂晶体中高强度近红外飞秒激光脉冲的线性电光效应。研究结果发现,当在垂直于晶体光轴的方向上施加一定外电场使光脉冲实现最强的电光耦合时,输出脉宽在正常色散区随着输入光强的增大而增大;而在较强反常色散区,输出脉宽随着输入光强增大而减小。对中心波长λ0=1.6335μm的光脉冲,线性电光效应可使输出脉宽产生压缩。当输入脉宽T0=5fs和光强I0=20GW/cm2时,最小输出脉宽为输入脉宽T0的0.76倍。而当T0>5fs时,最小输出脉宽小于0.76T0。若在晶体光轴方向上施加另一个电场对光脉冲进行相位调制,则最小输出脉宽的光脉冲中心波长发生蓝移或红移;随着外电场的增大,蓝移或红移量相应增大。     

有限尺寸光栅压缩器的优化设计

分析了超短超强激光系统中有限尺寸光栅压缩器设计的关键物理参数及约束条件,得到了压缩器优化的三项基本变量。给出了一种输出能量最大化的压缩器优化方法,进而确定了有限尺寸光栅压缩器的最大工作能力。针对传统的圆光束方案提出了改进的椭圆光束方案,增大了聚焦能量,减小了焦斑尺寸,提高了峰值聚焦功率密度。通过数值模拟对500 mm曝光口径介质膜光栅在圆光束和椭圆光束两种方案下的最大输出能力进行分析比较,指出单块光栅在椭圆光束方案下可以实现500 fs,500 J,1 PW的脉冲输出。     

单脉冲飞秒激光作用下晶态GeSb2Te4相变薄膜的非晶化过程

利用飞秒激光的抽运探测技术，研究了单脉冲飞秒激光作用下GeSb2Te4相变薄膜的非晶化过程，测量了相变薄膜的时间分辨光学显微图。所研究的系统为多层薄膜结构100 nm ZnS-SiO2/ 35 nm GeSb2Te4 /120 nm ZnS-SiO2/0.6 mm ，飞秒激光的脉冲宽度为108 fs，波长为800 nm。实验发现相变薄膜从晶态至非晶态的相转变过程可以在 2.6 ns内完成。讨论了相变薄膜的厚度对系统的热传递、快速凝固过程的影响，分析了相关热过程和热效应，解释了抽运探测实验数据，并探讨了单脉冲飞秒激光诱导相变薄膜非晶化的机制。     

波面倾斜脉冲泵浦的高效可见光飞秒光参量产生和放大器

利用脉冲波面倾斜技术补偿三波相互作用的群速度失配，建立了掺钛蓝宝石飞秒再生放大器输出倍频光泵浦共线类匹配ＢＢＯ晶体的光参量产生和放大器，其信号和空闲光输出调谐范围为０．４７～２．７μｍ，脉冲宽度为１００～１７０ｆｓ，重复率为１ｋＨｚ。脉冲最大输出能量为６．５μＪ，总能量转换效率大于１５％。     

48 fs,108 MHz色散管理孤子掺Er3+光纤激光器

提出了一种基于商售光纤构建的适用于精密光谱光频梳应用的100 MHz重复频率色散管理孤子光纤激光器的设计方案.通过采用低负色散光纤调控重复频率、高正色散光纤增大腔内脉冲呼吸比,构建了重复频率为108 MHz、中心波长为1550 nm的基于正色散掺铒光纤的色散管理孤子光纤激光器,该激光器腔内净色散为-0.0023 ps2,直接输出脉冲宽度为70 fs,经光纤压缩后脉冲宽度为48 fs,且脉冲中心波长处在1550 nm.     

全固态近红外、蓝光飞秒激光系统的实验研究

利用棱镜对引进频谱空间啁啾来补偿飞秒激光二次谐波产生中的相位失配,提高了倍频效率.建立了一套全固态、多波长(1064 nm,532 nm,823 nm,402 nm)飞秒脉冲激光系统.NdYVO4激光器输出的1064 nm激光功率可达10 W;532 nm绿光激光最高功率可达5.6 W.当用2.5 W绿光激光泵浦时,从钛宝石激光器及经BBO倍频可分别输出中心波长为823.1 nm和402 nm、平均功率300mW和73 mW、谱宽32.3 nm和5.1 nm、脉宽22fs和33.3fs、重复率108 MHz的近红外和蓝光飞秒激光.整个系统具有结构紧凑、倍频效率高、运行稳定的特点.     

Tunable, high-power, subpicosecond blue-green dye laser system witha two-stage dye amplifier

A two-stage dye amplifier design has been developed to amplify tunable, blue-green, subpicosecond dye laser pulses which are generated from a hybrid synchronously mode-locked dye oscillator directly (800 fs) or shorter to 200 fs by a fiber compressor stage. This system has achieved single pulse energies of 2 mJ, with an amplified spontaneous emission content of less than 0.1%. Using 40 mJ of the third-harmonic output of an Nd:YAG regenerative amplifier to pump the dye amplifier system, these pulse energies represent an energy extraction efficiency of ~5%. The tunability, stability, and spatial and temporal quality of the output pulses from the system have also been characterized     

39fs,16W全光子晶体光纤飞秒激光系统

实验研究了高平均功率输出的光子晶体光纤飞秒激光系统。系统中振荡器和放大器均使用保偏型掺Yb3 双包层大模场面积光子晶体光纤(LMA-PCF)为增益介质,具有极低非线性系数、很高的增益系数,并能保证很好的环境稳定性。系统研究了种子光功率、脉冲宽度、脉冲啁啾和放大器抽运光功率等参数对系统输出飞秒激光脉冲宽度的影响。在输入种子光平均功率为180mW,放大器抽运功率为40W时,获得平均功率16W输出(对应单脉冲能量320nJ),脉冲宽度压缩到39fs。     

激光相干合成的研究进展:2011—2020

本文回顾了过去10年激光相干合成领域取得的重要进展,总结了可合成激光模块性能提升的标志性成果,梳理了相干合成使能技术取得的重要突破,展示了不同类型激光相干合成取得的成果及其多样化应用,并对激光相干合成领域的发展进行了展望。