亚飞秒脉冲产生及亚飞秒脉冲序列间距控制技术

近年来，由于超短脉冲技术在基础物理和应用物理中的广泛应用，而得到了飞速的发展．产生亚飞秒脉冲最主要的有两种方法；一种是利用高次谐波，其主要的特点是转换效率比较低；另一种主要的方法是利用高阶受激Raman散射。这种方法利用电感应透明的原理，通过分子调制建立一个强相干以产生很宽的Raman边带，在反相态的情况下利用介质本身的正常色散特性来得到亚飞秒脉冲．     

极紫外阿秒脉冲产生过程的本征原子相位分析

为了研究高次谐波极紫外阿秒脉冲产生过程中的谐波相位匹配问题,基于光场电离高次谐波产生过程3步分析模型得出了高次谐波产生过程的理论描述解析式,并以此分析了阿秒脉冲产生过程中的高次谐波本征原子相位。由研究可知,除最高阶谐波外,对同一阶高次谐波产生有贡献的电子均有两类—长轨迹电子和短轨迹电子,各高次谐波长轨迹电子产生的谐波谱相之间几乎不存在线性关系,而短轨迹电子产生的高次谐波谱相之间则存在着良好的线性关系。结果表明,抑制各谐波长轨迹电子有助于产生更小脉宽阿秒脉冲。此结果对极紫外阿秒脉冲产生实验中的高次谐波相位匹配有重要的参考价值。     

推进飞秒技术极限——啁啾介质反射镜

推进飞秒技术极限──啁啾介质反射镜当今激光物理学主要动向之一是研究和发展飞秒激光源。产生短电磁波的动力来自科学技术诸多领域。超短光脉冲能获得物质状态的“快照”，和随之在微观层次上超快过程的演变。探测半导体载流子动力学、化学键的形成和断裂或生物学光致异...     

极紫外阿秒脉冲的色散控制及束线设计

基于极紫外波段高次谐波产生(high-order harmonic generation, HHG)的光学选通技术已成为目前人们获得孤立阿秒脉冲(isolated attosecond pulse, IAP)的重要手段。由于IAP继承了驱动激光脉冲的光学属性和重复频率,因此具有良好的时空相干性和方向性。近转换极限极短脉宽IAP的产生不仅需要在极紫外区域有较宽的连续光谱支持,还需要对其所携带的本征色散进行补偿。据此,本文从理论上模拟计算了多组阿秒脉冲光谱、本征色散和金属膜材料色散的参数组合,在中心光谱98,120,170 eV附近的结果表明,选用不同厚度的锆膜、钼膜和锡膜对应中心能量的高次谐波可以实现色散补偿。最终确定120 eV中心光子能量加钼膜的组合有可能在较高的产生效率下产生近40 as的IAP。基于上述参数选择,设计了一套由非共线阿秒条纹相机和平场光谱仪组成的极紫外阿秒束线及相应的真空系统,该系统可用于高次谐波及阿秒脉冲的测量。     

超短光脉冲的测量

1　前言　　飞秒级超短光脉冲的产生技术与脉冲形状及频率啁啾测量方法的研究一同发展起来。适用于这种超短光脉冲的测量方法仅有非线性相关法。其中 ,使用二次谐波产生晶体的强度自相关法正被广泛用于超短光脉冲波形测量。在该法中 ,使被测光脉冲产生一可变的时间延迟 ,使用由非线性光学晶体产生的二次谐波来测量两个脉冲的重合。该法虽然不能测量光脉冲的正确形状 ,但可获得脉冲的大概宽度。相对于此 ,近年提出了基于光电二极管及发光二极管的双光子吸收的自相关测量方法。该法通过测量双光子吸收电流来获得与二次谐波产生测量方法同样的…     

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.     

脉冲啁啾对高次谐波谱影响的理论研究

采用单电子近似和软核势模型 ,通过数值求解一维含时薛定谔方程的方法 ,研究了当脉冲分别带有正、负啁啾的情况下所产生的高次谐波谱的变化。结果表明 ,对于正啁啾脉冲 ,其高次谐波谱将出现分裂 ,而对于负啁啾 ,高次谐波谱呈现展宽的趋势。同时发现 ,在激光脉冲带有很大的啁啾的情况下 ,无论是正啁啾还是负啁啾 ,都会使谐波峰分裂成多个更加细小的谱峰     

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)     

全固态被动锁模Nd:YAG激光器的啁啾特性

不论是对固体锁模激光器,还是目前用以实现飞秒脉冲的CPM染料激光器而言,了解由于自相位调制和群速度色散等因素引起的脉冲啁啾特性,并采用诸如腔内色散补偿等方法是获取超短脉冲的有效途径。本文研究了以GaAs为锁模功能元件的被动锁模Nd:YAG激光器中脉冲啁啾行为,给出了GaAs对脉冲啁啾产生的独特作用。     

两类单阿秒脉冲产生技术的相位依赖性分析

为了分析目前国际上现有的两类高次谐波极紫外单阿秒脉冲产生技术——振幅选通技术和偏振选通技术在驱动脉冲场载波-包络相位设置方面的差异,基于这两类单脉冲产生技术基本原理并借助于高次谐波产生3步理论分析模型,半定量分析了这两类技术的驱动光场载波-包络相位依赖性及其差异。结果表明,两者的最佳驱动脉冲场载波-包络相位设置分别为0与0.5π,出现此差异的根本原因是高次谐波现象对驱动光场偏振度的高度依赖性。此分析结果对更短脉宽极紫外阿秒脉冲光源的产生和相关应用具有重要的参考价值。     

紫外-啁啾激光束驱动He原子获得阿秒脉冲

为了获得X射线范围内的阿秒脉冲, 采用紫外-啁啾组合激光束产生高强度谐波光谱和阿秒脉冲的方法, 进行了理论分析。结果表明, 当引入正向啁啾参量时, 虽然谐波截止能量有微小延伸, 但是谐波辐射效率明显下降; 当引入负向啁啾参量时, 不仅谐波截止能量得到延伸, 并且谐波辐射效率比正向啁啾条件下有所增强; 将一束125nm的紫外光源引入到啁啾激光下, 由于共振增强电离的影响, 谐波辐射效率有明显增强, 在紫外-正向啁啾驱动下, 不仅谐波辐射强度被增强25倍, 而且谐波截止能量得到延伸, 形成了一个382eV的平台区, 在紫外-负向啁啾驱动下, 虽然谐波截止能量没有明显变化, 但是谐波辐射效率有110倍的提高, 进而形成一个410eV的平台区; 通过叠加组合场下的谐波, 可获得一系列70as以内的单个阿秒脉冲。该研究对阿秒科学的发展是有帮助的。     

Chirped Microwave Pulse Generation Based on Optical Spectral Shaping and Wavelength-to-Time Mapping Using a Sagnac Loop Mirror Incorporating a Chirped Fiber Bragg Grating

In this paper, we propose and demonstrate an approach to optically generating chirped microwave pulses with tunable chirp profile based on optical spectral shaping using a Sagnac loop filter incorporating a chirped fiber Bragg grating (CFBG) and linear wavelength-to-time mapping in a dispersive element. In the proposed approach, the optical power spectrum of an ultrashort optical pulse is shaped by a CFBG-incorporated Sagnac loop mirror that has a reflection spectral response with a linearly increasing or decreasing free spectral range. The spectrum-shaped optical pulse is then sent to a dispersive element to perform the linear wavelength-to-time mapping. A chirped microwave pulse with the pulse shape identical to that of the shaped spectrum is obtained at the output of a high-speed photodector. The central frequency and the chirp profile of the generated chirped microwave pulse can be controlled by simply tuning the time delay in the Sagnac loop mirror. A simple mathematical model to describe the chirped microwave pulse generation is developed. Numerical simulations and a proof-of-principle experiment are implemented to verify the proposed approach.      

用干涉自相关包络宽度测量超短激光脉冲啁啾

为了测量超短激光脉冲啁啾值,提出了一种用2次干涉自相关包络宽度测量啁啾值的简单方法。利用2次干涉自相关包络宽度对啁啾有很高的灵敏度、含有不同啁啾量的超短激光脉冲有不同的包络宽度的特性,通过对高斯型强度分布的线性、平方及立方啁啾的干涉自相关包络函数进行了理论分析,得到包络宽度与啁啾量值之间的对应关系。采用干涉自相关2次谐波检测系统对加浓染料激光器输出的含有啁啾的脉冲进行测量,其干涉自相关包络宽度为1.15,被测超短激光脉冲啁啾为1.0。结果表明,根据含有啁啾的干涉自相关曲线两翼的特征,可判断啁啾阶数,再根据包络宽度与啁啾值的对应关系,可估定啁啾量值;用干涉自相关包络宽度能容易地测量超短激光脉冲的啁啾量值。     

An adaptive algorithm for strongly chirped pulses propagating in optical fibers

Chirp, especially strong chirp, can be used to control the pulses in optical fibers, but it makes numerical simulation difficult by using the time-domain beam propagation method (TD-BPM) because of more sampling data requirements. In this paper, we present a modified beam propagation method (M-BPM) to efficiently simulate the propagation of strongly chirped pulses along an optical fiber. The validity of the M-BPM is demonstrated both theoretically and numerically. Numerical simulations show that the number of samples in time necessary to simulate the chirped pulse propagation by the TD-BPM varies linearly with the initial chirp parameter, but that of the M-BPM is the same one would need to simulate the propagation of the envelope without the initial chirp. In addition, the closer the propagation distance is to the temporal focal length, the more efficient the M-BPM comparing with the TD-BPM is.     

Influence of Initial Chirp on Propagation of Super-Gaussian Pulse inside Fiber

Under the condition of combined effects of group-velocity dispersion and self phase modulation, the step Fourier method is used to simulate the propagation of initial chirped super Gaussian pulses inside fiber. The initial chirp influences the shapes of super Gaussian pulses in propagation process, and positive and negative chirps have different effects. For the existing of initial chirp, the splits of pulses and the spreading speed move ahead and increase. When the amplitude of super Gaussian pulses increases by 1.4 times, in the range of | C |<1.5, pulses can keep good shapes along their propagation distance. Even if | C | increases to 3.5, their shapes are also good. Most energy of pulse is still at the middle parts. These results show that, for the initial chirped super Gaussian pulses, the influence of initial chirp will be decreased by increasing the intensity of pulses. This will be of benefit to optical communication.     

线性源啁啾对孤子脉冲压缩的影响

通过线性源啁啾对孤子脉冲压缩影响的研究,发现泵浦脉冲和孤子脉冲的源啁啾参量地脉冲压缩产生重要影响,且孤子脉冲压缩存在最佳光纤长度。在泵浦功率一定的条件下,选取负啁啾的泵浦脉冲正啁啾的孤子脉冲可以获得高压缩因子的光脉冲;同时选取负啁啾的泵浦脉冲和正啁啾的孤子脉冲易于产生更短的压缩光脉冲。     

飞秒脉冲干涉自相关修正光谱的啁啾特性

为了测量飞秒激光脉冲啁啾,采用了一种对干涉自相关光谱作频谱修正的简单方法,得到干涉自相关修正光谱.利用该修正光谱对啁啾有很高灵敏度的特性,对高斯型强度分布的线性啁啾、平方啁啾脉冲进行了理论分析和实验验证,取得了修正光谱的下包络峰的高度与啁啾量对应关系、下包络峰的个数与啁啾次数对应关系.结果表明,根据干涉自相关修正光谱下包络的峰值,可估定啁啾的量值,根据干涉自相关修正光谱下包络峰的个数可以判断脉冲啁啾的次数.这一结果对精确地测量飞秒激光脉冲的微小啁啾量是有帮助的.     

采用啁啾光纤光栅补偿带啁啾的超高斯脉冲在光纤中传输的色散

利用啁啾光纤光栅，对带啁啾的超高斯脉冲的色散补偿特性进行了理论分析和数值模拟。数值模拟结果表明，光脉冲在普通单模光纤中传输了一定距离后，由于色散的作用，脉冲发生展宽，超高斯脉冲比高斯脉冲展得更宽。若初始脉冲含有啁啾，展宽后的脉冲还出现小调制。用啁啾光纤光栅进行色散补偿后，高斯型脉冲能够较好的恢复初始脉冲形状，带啁啾的超高斯脉冲的脉宽可恢复到接近初始脉冲的宽度，但脉冲形状发生了畸变，并出现了旁瓣，脉冲峰值功率与超高斯脉冲阶数和啁啾参数有关。     

Chirp compression with single chirped mirrors and its assembly

Chirped mirrors are widely used in ultrafast optics as broadband devices for dispersion compensation. Time domain analysis in contrast to frequency domain one allows the direct investigation of pulse profile changing during chirp compression. We model the chirped pulse compression with single chirped mirror and assembly of similar mirrors. Our analysis shows there is similar effect of chirp compensation in both cases. However, injurious group delay oscillations in the single mirror strongly decrease pulse quality in assembly of mirrors and can even damage pulse waveform. Angle of incidence and polarization also play crucial role and should be taken into account.     

Propagation of highly chirped pulses in fiber-optic communicationssystems

The propagation of strongly chirped pulses in an amplified fiber-optic communications system is experimentally investigated. Spectral narrowing of the pulses is observed. The narrowing is attributed to interplay between the initial chirp and the nonlinearity in the transmission line. Four-wave mixing (FWM) between wavelength channels is found to be similar to that for unchirped nonreturn-to-zero (NRZ) pulses. Low error rate transmission over 720 km is achieved using these chirped pulses, which are generated by a transmitter based on a mode-locked fiber laser