超强固体激光及其在前沿学科中的应用(1)

20世纪80年代中期发展起来的啁啾脉冲放大(CPA)技术与先进的高功率激光技术及优良的激光增益介质相结合把激光峰值输出功率提高了几个数量级,出现了输出拍瓦级(1015W)皮秒(10-12s)和飞秒(10-15s)脉冲的固体激光装置,聚焦峰值功率密度达到1020~1022W/cm2。激光与物质相互作用的物理过程中,激光功率密度起主导作用,不同光强对应不同的物理学领域。如此高的激光功率密度能够在实验室中产生前所未有的极端物态条件,即超强电场、超强磁场和超高压强等,从而开创了崭新的强场物理领域,推动了相关学科的交叉融合,形成了多个前沿研究方向,如粒子加速、强辐射源、先进光源、阿秒物理、快点火聚变、超热物质、激光核物理、超快过程诊断、激光天体物理、非线性量子电动力学(QED)等,在材料科学、生命科学和医学等领域中也极具应用价值。     

利用Ⅱ类相位匹配实现稳定倍频输出

提出利用Ⅱ类相位匹配方法实现稳定倍频输出,并对该方法进行了理论分析和数值模拟。数值模拟是对KTP晶体xy平面内的Ⅱ类相位匹配倍频过程进行的。数值计算结果表明,Ⅱ类相位匹配倍频过程中,当基频光以除最佳入射偏振角之外的偏振方向入射时,倍频强度曲线随倍频晶体长度增加而呈周期性变化;由于这种周期性变化的存在,当基频光起伏变化时,倍频强度曲线会交叉汇聚,出现倍频稳定区;当偏离角(入射偏振角与最佳入射偏振角差值)一定时,随着基频光入射强度的增大,实现稳定倍频输出所需的倍频晶体长度减小,稳定输出时倍频效率不变;当基频光强度一定时,随着偏离角的增大,倍频输出稳定性提高,倍频效率稍有下降。     

高功率固体激光装置的发展与工程科学问题

在激光聚变需求牵引下,高功率固体激光技术走过了30多年的发展历程。在世界范围内,美、日、法、中、英、俄等国先后建造了20多台大型装置,输出能量初期仅百焦耳级,后来增大到数万焦耳,固体激光技术得到长足发展。近几年来,几个大国都在建造巨型激光装置,如美国和法国正分别建造国家点火装置NIF和兆焦耳激光器LMJ,我国在研制神光-Ⅲ激光装置,俄国也在计划建造Iskra-6激光装置。这一代激光装置的研制不但在科学技术上提出了许多新需求,从而把激光科学技术发展推向新的历史阶段,而且就其规模、投入、周期和风险而言,是前所未有的大光学科学工程。从工程科学的角度去研究如何才能建造出性能优良和效费比高的巨型激光装置是需要回答的具有挑战性的新课题。     

超短脉冲激光系统中用于光谱整形和群延迟控制的可编程声光色散滤波器

介绍了一种利用声光相互作用对超短脉冲激光系统中的增益窄化和群延迟色散等进行补偿的装置——可编程声光色散滤波器(AOPDF）。其基本思想最初南法国的P.Tournois提出，后来开发了商业化的产品Dazzler装置，并在世界其他国家的超短脉冲激光装置中得到了广泛的应用。本文从AOPDF的基本原理以及耦合波方程出发，旨在向读者全面地介绍AOPDF中声光相互作用的过程以及对群延迟的控制。     

超强固体激光及其在前沿学科中的应用(2)

3超强激光开辟了崭新的物理学领域和交叉学科 激光强度在超强超短脉冲激光与物质作用物理中起主导作用。与激光强度相关的几个常用物理量可由下面公式算出     

总能量为40J的“预-主”脉冲激光驱动的波长为32.6nm的类氖―钛离子软X射线激光(英文)

利用脉宽为 650 ps,主脉冲能量仅有 40 J 的驱动激光,演示了类氖―钛离子 J=0→1, 3p→3s 跃迁、波长为 32.6 nm 的软 X 射线激光。所用能量比以前用于低 Z 元素类氖―离子 X 射线激光的驱动能量低约一个量级。为了确定类氖―钛 X 射线激光产生的驱动能阈值,进行了一系列平板钛靶的实验。实验中,靶长采用 1.8 cm,驱动源为“星光”装置输出的波长为 1.05 μm 的激光脉冲,而“预-主”脉冲间隔为 5 ns,当预脉冲能量为主脉冲能量的 1%时,X 射线激光产生的阈值能量为 40 J,当预脉冲能量为主脉冲的 9%时,阈能量则为 110 J。1%和 9%两种预脉冲条件下,波长为 32.6 nm 的类氖―钛 X 射线激光线峰值偏转角均为 5 mrad,而发散角则分别为 4 mrad 和 5 mrad。     

光参量啁啾脉冲过饱和放大实现超短脉冲的频谱整形

光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)非线性过程是个可逆过程,信号光增大到最大值时抽运光能量已几乎被耗尽,随即进入过饱和放大阶段,能量会由信号光和闲频光重新回到抽运光中.提出了利用这一过程实现啁啾脉冲频谱整形的一种新方法.通过数值模拟说明了这种啁啾脉冲频谱整形方法的原理.计算结果也表明了通过改变抽运光强、调节相位匹配角、改变抽运脉冲波形能实现对脉冲频谱整形结果的有效控制,甚至可以通过选择适当的抽运光和信号光的同步关系,使放大后输出信号光有一定的频移,这一点可以用来抑制钛宝石饱和放大引起的光谱红移.     

声光光谱色散滤波器对超短脉冲光谱主动控制技术研究

报道了声光光谱色散滤波器(AOPDF)对啁啾脉冲放大系统中脉冲光谱整形及控制技术的实验研究.声光光谱色散滤波器基于共线的声光相互作用,通过控制声光相互作用的位置,产生不同光谱的位相延迟.由于声波信号的幅值决定了光谱的散射效率,因此控制声波信号的振幅可以获得光波频谱的幅值整形.将声光光谱色散滤波器应用到啁啾脉冲放大系统中,可以很好克服增益窄化效应,使放大后脉冲的光谱保持足够的宽度,最终获得更窄脉宽的压缩脉冲.     

带轴向导引场激光泵浦FEL的辐射机制分析

本文从单粒子理论出发,讨论分析了相对论电子束同时处于激光泵浦场、轴向导引磁场以及自身辐射场中的运动和辐射过程;结合对辐射波增益的计算,发现这种电磁波泵浦自由电子激光与一般静磁泵浦场中的波粒相互作用以及辐射机制类似,可以从不同角度来加以解释。通过分析计算结果,本文展现了清晰的物理图象。     

线性啁啾脉冲频谱干涉特性的模拟研究

为了研究宽带脉冲因受外界瞬态扰动而引起的相移随频谱变化的规律,利用啁啾脉冲与扰动在频域上的卷积特性,采取将频谱干涉技术和线性啁啾脉冲相结合,当两束线性啁啾脉冲在频率域相遇时,相同的频谱成分产生干涉,从其干涉图中得到随脉冲频谱变化的相对相移。根据傅里叶变换的频谱干涉技术,对从两束线性啁啾脉冲的频谱干涉图中提取相移进行了数值模拟。结果表明,对假设具有不同类型的相移进行重构,还原出随频谱变化的相位扰动。这一结果对超快光学中的瞬态测量是有帮助的。