高功率激光装置三倍频脉冲时间波形测量技术

高功率激光装置三倍频时间波形测量采用无畸变的光栅衍射取样技术、高速光电管和示波器探测设备及多通道复用技术,给出了靶场多路三倍频光束的高时间分辨和高动态范围的时间波形测试,详细的测试技术和方法分析对高功率激光装置三倍频时间波形精密诊断提供技术支撑。     

基于级联光电的ns激光脉冲高对比度波形测量

为满足激光驱动惯性约束聚变(ICF)点火中高对比度整形脉冲波形测试的需求,基于多脉冲波形拼接的级联光电探测法,在神光III主机装置上开展了ns高功率激光脉冲波形高对比度测量的实验研究。利用具有截止饱和特性的超快光电探测器,在实验中对凹形脉冲深度进行多通道波形测试。实验结果显示,经过多脉冲拼接得到的凹形脉冲底部具有350:1的对比度,远大于单通道单脉冲波形30:1的对比度。     

时域-频域精密调控光纤激光脉冲产生系统

惯性约束聚变精密物理实验要求高功率激光驱动器具备时域-频域精密调控能力,以实现对激光与等离子体相互作用过程中非线性效应的抑制。基于保偏光纤和单偏振光纤技术,采用温度调谐双振荡器结合两级波导相位调制器实现激光脉冲频域精密调控,采用两级高速电光调制脉冲整形技术实现激光脉冲时域精密调控,将微波射频信号取样检测与声光开关进行连锁以确保整个系统的安全运行。实验获得了光谱带宽为0.15~0.3nm、中心波长范围为1052.4~1053.6nm的连续可调微焦耳级激光脉冲,波长调谐精度为0.1nm,在微焦级实现了对比度大于500…1的高对比度整形激光脉冲,脉冲时间波形顶部调制深度小于10%。     

高精度整形激光脉冲产生技术研究

研究了一种用于惯性约束聚变激光驱动器的纳秒级、高精度整形激光脉冲产生技术。采用中心波长为980nm的激光二极管作为参考光,以自动调控幅度调制器的偏置工作点,实现了脉冲工作体制的幅度调制。基于高速电光调制技术,采用两级幅度调制器设计了主振荡功率放大型全光纤激光脉冲产生装置。其中,第1级幅度调制器用于对输入连续运转的单纵模激光进行初始精密脉冲整形,第2级幅度调制器用于对激光脉冲进行二次精密整形和时域噪声抑制。实验研究表明,该激光脉冲产生装置可输出脉冲宽度在"0.1~50.0ns"范围内连续可调、对比度大于2000…1的高精度任意整形激光脉冲,满足了激光脉冲产生装置较强脉冲控制能力的要求。     

高功率激光装置多路光束时间同步测试技术

采用时间关联复测方法,用光电管结合数字示波器,利用高功率激光装置三倍频测量组件中的时间测量模块实现多路激光到达靶点时间同步的同发次测试。通过光束前端输出的任意波形发生器结合光纤放大传输组件中的光纤延迟器实现激光装置多束激光到达靶室时间同步精密调节,分析结果表明多束激光束间同步测量精度小于30ps,测试技术和方法为多路激光时间同步精密诊断提供技术支撑。     

超短激光脉冲对比度的三阶相关测量

在超强超短激光脉冲与物质相互作用过程中,良好的激光脉冲对比度是一个非常重要的参数指标.为了扩大对超短激光脉冲对比度的测量范围,准确地测量超短激光脉冲的对比度,利用非线性晶体对激光脉冲强度变化十分敏感的特性,研究了超短激光脉冲三阶相关信号的产生过程,并在此基础上,研制了一台三阶相关仪,对一台飞秒激光振荡器进行了脉冲对比度的测量研究.测量结果表明,通过在测量光路中加入聚焦透镜进行聚焦准直,可以有效提高激光脉冲的倍频效率,从而大幅提高该三阶相关仪的可测动态范围.该测量系统目前可实现的可测动态范围达到约108.     

采用小孔等离子体开关实现TE CO2激光窄脉冲整形

典型的TE CO2激光脉冲,通常由高功率窄脉冲（100 ns）和低功率长拖尾部分（3~5 s）组成。采用一种简单的小孔等离子体开关技术可以实现对低功率长拖尾部分的有效吸收和散射,保留需要的高功率窄脉冲前沿部分,达到激光脉冲压缩和整形目的。详细研究了小孔位于不同离焦距离时整形激光脉冲波形的变化,获得了整形激光脉宽、能量与离焦距离的变化关系,实现了50~110 ns的窄脉冲CO2激光输出。进一步研究发现,小孔等离子体开关的使用寿命主要由激光脉冲能量、重复频率、整形脉冲宽度决定。通过该技术实现的窄脉冲CO2激光可以用于极紫外光刻等离子体光源、激光雷达等领域的研究。     

虚拟数字示波器测量激光脉冲波形的实验结果分析

利用ns级InGaAs/InP PIN光电二极管和20MHz虚拟数字示波器测量了氙灯和Nd:YAG激光器在氙灯泵浦下发出的光脉冲波形.比较测得的波形,可以得出结论,每一个激光脉冲均呈现出典型的弛豫振荡过程,与理论分析基本一致[1].与模拟示波器对比,虚拟数字示波器的分辨率高,读数准确,波形可存储,且信息处理方便.     

神光Ⅲ原型装置红外脉冲波形测量系统的研制

为了提高神光Ⅲ原型装置激光脉冲波形测量的稳定性、可靠性、经济性,对原有测量系统进行了改造。整个系统由取样与光纤耦合单元、光纤传输单元、光纤合束与光电转换单元、数据采集单元构成,采用近场耦合光纤取样、时分复用的光纤传输技术,利用一台示波器和光电转换器实现了神光Ⅲ原型装置的预放、主放16束激光脉冲时间波形的测试,提高了系统的运行效率和运行成本。     

10.6微米红外探测器超高频响应特性测量法

红外探测器的响应特性,可以通过测量时间响应特性或频率响应特性来求得。关于前者,最近的报导,是用示波器观测CO_2激光的锁模脉冲,从其脉冲波形的上升时间来测量探测器的响应速度。可是,CO_2激光脉冲和可供利用的示波器的响应时间是毫微秒级的,这就限制了这种方法可能测量的响应时间。而频率响应测量法,则是同时接收两条激光频率相差ω的振荡光束,探测器     

Generation of a high-energy picosecond laser pulse with ahigh-contrast ratio by chirped-pulse amplification

The generation of a 1.052-μm laser pulse of 3.5-ps duration and 28-J energy by fiber-grating chirped-pulse amplification in a large-aperture Nd-glass laser system is reported. A novel technique that significantly improves the contrast ratio was used, resulting in a pulse with 8-TW peak power and a contrast ratio of better than 900, limited by the dynamic range of the detection system. The high contrast ratio was obtained by selecting only only the central portion of the frequency-chirped pulse where the chirp is positive and linear. The high-intensity compressed pulse thus generated was frequency-upconverted to 526 nm with a 40% conversion efficiency     

窄脉冲半导体激光器峰值功率测量方法研究

介绍一种利用示波器和光电转换装置同时测试窄脉冲半导体激光器的脉宽和功率的方法,主要分析了影响测量的几个因素,给出测量不确定度。该方法用示波器直接测量脉冲宽度,根据测量电压与激光脉冲功率的正比例关系,同时获得窄脉冲半导体激光器的脉宽和功率。经理论分析和试验验证均能满足对窄脉冲半导体激光器的脉宽和功率测量需要,在808～1064nm波长范围内做过多波长测量试验,测量结果令人满意。     

自调Q掺铒光纤激光器动态特性研究

为了研究自调Q掺铒光纤激光器输出动态特性,采用搭建全光纤结构的线形腔和环形腔自调Q掺铒光纤激光器进行了理论分析和实验验证。实验中,当抽运功率达到起振阈值后,随着抽运功率的增加,用示波器观察输出激光,线形腔输出激光依次经历了连续波、自调Q两种运行状态,由于抽运功率的限制,未能再次出现连续波运行状态,而环形腔输出激光则先经历了自调Q运行状态,然后是连续波运行状态;线形腔在抽运功率21mW~190mW的范围内,可获得脉冲宽度8s ~100s范围内可调、重复频率2.5kHz~54kHz范围内可调的自调Q脉冲;环形腔在抽运功率为16.2mW~110mW时,可获得的脉冲宽度在165s左右。结果表明,自调Q掺铒光纤激光器因腔结构的不同,输出激光动态特性也不同;线形腔和环形腔均有自调Q脉冲输出,但线形腔自调Q范围更大。     

皮秒拍瓦激光的参数测量系统可靠性分析

皮秒参数测量系统用于提供皮秒拍瓦激光系统的各项状态参数,协助激光系统达到预期的技术指标。针对皮秒拍瓦激光系统的技术指标,皮秒参数测量系统将提供压缩脉冲的能量、脉宽、远场、信噪比等参数。为了判断参数测量系统的工作性能,采用均方根(RMS)误差来描述测量系统的可靠性。经过实验测试,能量测量单元的测量范围为10～1000J,标定实验数据的RMS误差为2.2%。脉宽测量单元的时间测量范围为0.5～18.0ps,时间分辨率为0.07ps,测试数据的RMS误差为3%。远场测量单元的空间测量范围为150倍衍射极限(DL),空间分辨率为0.3倍DL,测试数据的RMS误差为0.15%。信噪比测量单元的时间测量范围为30ps,时间分辨率为0.3ps,动态范围为106。基于拍瓦实验提供的测试数据表明,皮秒参数测量系统能够稳定可靠地提供以上参数的实时测试数据,实现拍瓦装置的运行状态诊断功能。     

增益开关F-P激光器抖动的计算和测量

为了能够精确测量增益开关激光脉冲的抖动,应用傅里叶变换和自相关函数．理论分析了谐波频谱分析法测量激光脉冲抖动的数学模型、测量原理。修正了David A．Leep等人建立的基于功率谱测量脉冲抖动的误差,推导出了普适的测量激光脉冲抖动的数学表达式,并数值模拟了不同情况下激光脉冲功率谱的表现形式;利用谐波频谱分析法测量了外连续光注入下增益开关F-P激光脉冲的抖动,时基抖动为0．905ps、振幅噪声为2．83％,并与取样示波器的测量结果进行比较。结果表明在脉冲抖动较小、且重复频率较低的情况下,利用谐波频谱分析法测量脉冲抖动具有更高的精确度。其精确度可以达到飞秒量级。     

脉冲/连续高功率激光光斑分布阵列探测器

通过测量发射到远场的激光功率密度时空分布给出所需要的到靶总功率、光束质量、桶中功率、功率时间曲线等关键指标参数,是目前准确评价激光系统性能的重要技术手段。介绍了一种基于光电探测器阵列实现近红外脉冲激光功率密度时空分布的测量方法,可以实现900~1700 nm波长、动态范围大于2000倍的激光光斑参数测量。该阵列探测器具有测量面积大、单元一致性好、测量精度高等特点,并可同时实现脉冲和连续激光参数测试要求。给出了阵列探测器的总功率测量结果,测量值与激光器输出功率偏差在5%以内,且激光光斑分布测量结果准确可靠。该阵列探测器已在多套激光系统的参数测试中得到成功应用,可以作为响应波段内的脉冲/连续激光光斑参数测试一种有效技术方案。     

1064nm可编程半导体激光脉冲种子源的研究

为了运用主振功率放大技术获得纳秒量级的高功率密度激光脉冲,设计了一种运用于主振功率放大的半导体激光种子源,通过编程可输出多种形状光脉冲,并采用主动脉冲外形控制技术提高了输出光脉冲的波形质量。实验中研制了高速大电流驱动模块和可编程多种调制波形发生器,并采用了1064nm量子阱分布反馈的大功率半导体激光器。结果表明,该种子源脉冲光功率优于200mW、动态范围优于20dB、脉冲宽度40ns~1μs和重复频率0MHz~5MHz可调,可编程控制输出多种波形。     

Picosecond optical sampling

A 10-channel optical-sampling technique has been developed to give oscilloscope displays of picosecond laser pulses in a single shot. Pulses with durations of 10-30 ps and powers ranging down to ∼ 1 W have been displayed with this technique. An ultrafast optical gate and a 10-channel multibeam splitter are used to cut out in one laser shot ten samples centered at 4.1-ps intervals from the leading to the lagging edge of the pulse. The ten optical samples are then spaced out at 10-ns intervals by means of an optical fiber array, detected by a fast photomultiplier, and displayed on a real-time oscilloscope. The envelope of the sample pulses represents a display of the laser pulse. This technique could substitute for picosecond streak cameras in certain applications.     

高功率短脉冲激光照射下冷冻生物组织内热传导的实验研究

本文采用响应时间为1μs的超小型薄膜铂热电阻温度计及日本YOKOGAWA DL2700高速数字示波器,对微秒量级脉冲激光照射下冷冻生物组织内的热传导进行了实验研究。结果发现,在激光脉宽较短时,在冷冻组织内观察到了非傅里叶导热现象。脉宽越小,组织厚度越薄,非傅里叶导热特征越明显。而功率密度和光斑直径只影响温度上升的高低,对是否会出现非傅里叶导热没有影响。     

机载激光测深试验

描述了机载激光测深实验系统的结构及性能指标,报道了机载激光测深实验结果