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     

我国成功研制超强激光装置

最近一期国际权威学术刊物《应用物理》的评论文章认为：上海光学精密机械研究所研制的OPCPA（光学参量啁啾脉冲放大）超短、超强激光装置及其所取得的16．7TW激光峰值输出功率的实验结果，达到了目前国际最高水平，也是近10年来国际OPCPA研究领域中最杰出的实验成就。这种具有高输出功率的OPCPA超短、超强激光系统获得了2004年度国家科学技术进步一等奖。     

超短及超强脉冲激光研究进展

超短及超强脉冲激光是具有广泛应用的前沿技术,结合国际上有关该研究的最新进展,介绍了最近在周期量级脉冲激光的产生及包络相位测量、红外飞秒镁橄榄石激光研究、高精度飞秒激光同步、350 TW啁啾脉冲放大激光、飞秒激光腔外压缩等方面取得的结果。     

用于高能拍瓦激光系统前端的周期极化LiNbO3光参量放大

为了在高能拍瓦激光系统中设计和应用光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)技术,建立了仿真模拟程序,并以周期极化LiNbO3光参量放大器为例,分析了在准相位匹配条件下,前级光参量啁啾脉冲放大特性的影响参数,包括:非共线角、晶体长度、增益带宽、高阶非线性效应等.为设计与应用光参量啁啾脉冲放大技术提供了理论和数据上的参考.     

超强脉冲激光辐照固体靶背表面的光辐射

在超强脉冲激光与固体靶相互作用中,利用光学CCD相机和光学多道分析仪(OMA),分别在固体薄膜靶背表面法线方向测量了光辐射积分成像图案和光谱。测量结果显示,光辐射空间分布图案呈圆环状,而辐射区域有发散角、有光强分布,包含多种辐射成分;光辐射光谱在800nm附近出现尖峰,是激光的基频(ω0)波,这一现象归因于超热电子束在输运的过程中产生的微束团而引起的相干渡越辐射(CTR);如果考虑超热电子的产生和加热机制,共振吸收和真空加热对超热电子都有贡献,其中占主导地位的加热机制则是共振吸收对电子的加热。     

非对称激光等离子体尾场中被加速电子的模拟

为了研究在激光驱动的等离子体尾场中被加速电子的动力学,采用数值模拟方法得到了非对称脉冲驱动的尾波场中被加速的电子的运动相图、密度分布及势能。结果表明,非对称激光脉冲驱动尾场中电子得到很高的能量。在非对称激光脉冲驱动的激光尾场中,为了有效地加速电子,要选择恰当的上升激光脉冲长度和下降激光脉冲长度。     

不同激光脉冲驱动的尾场中正电子加速的研究

为了研究在激光驱动的尾场中被加速正电子的动能,采用数值模拟方法,得到了非对称sine脉冲、flat-top脉冲和Gaussian脉冲驱动的尾场中被加速的正电子的能量。结果表明,非对称sine脉冲驱动尾场中正电子得到的能量比flat-top脉冲和Gaussian脉冲驱动尾场中得到的能量高一些。     

激光及其应用 (连载1)

1960年诞生的激光器是光学发展史上的一个重要的里程碑,由此开创了一个光学新时代,发展了一门高新技术.     

高信噪比拍瓦激光装置的前端优化设计

设计了一种用于替代现有商业化1053nm飞秒锁模激光振荡器的方案。该方案通过光参量啁啾脉冲放大技术(OPCPA)实现能量放大和波长变换,产生作为基频光的3160nm中红外激光脉冲,然后利用三倍频(THG)方式,实现高信噪比1053nm脉冲输出。该方案的应用有望提升拍瓦激光装置的前端信噪比,进而改善整个装置的输出信噪比。     

用于拍瓦级激光系统的三维光参量啁啾脉冲放大的数值模拟

建立了光参量啁啾脉冲传输放大(OPCPA)的物理模型,采用分步傅里叶算法编写了三维OPA+CPA数值模拟程序,利用该程序可以研究OPCPA系统中的能量放大、增益窄化、自相位调制、空间自聚焦以及脉冲的时间信噪比等问题,对OPCPA系统进行优化设计。利用该程序对神光II第九路拍瓦升级系统(SG-II-U-PW)进行了数值模拟研究,计算结果表明,第九路光路无需作太大改动即可满足拍瓦升级指标,并提出了第九路主放大链的两种运行方案。三维OPA+CPA模拟程序经过简单修改后也可以对飞秒(fs)OPCPA系统、以及未来峰值功率为exawatt级(1018W)的激光系统进行优化设计。     

超强脉冲激光系统光束质量的测量和改善

总结了类高斯分布光束的M2 因子在实验测量中的数据处理方法 ,介绍在 5 4TW 46fs激光系统中测量M2 的实验设置以及改善该系统光束质量的措施 ,报道了测量结果并分析了该装置的性能     

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.     

1030nm皮秒级光参量啁啾脉冲放大抽运源

利用低温工作状态下Yb∶YAG再生放大器,对1030nm光纤锁模激光器输出的250pJ的种子光进行放大。电光开关门宽控制种子光在放大器内20程往返,最大单脉冲能量为217μJ,输出频率10Hz,同时由于其增益窄化效应光谱宽度由8.9nm减小到0.3nm,相应的脉宽由18.0ps被压缩到5.5ps,这与理论模拟结果的0.4nm,4.2ps基本吻合。实验结果论证了采用窄增益带宽的再生放大器可以同时实现亚皮秒光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)对抽运脉冲宽度和光谱宽度的要求,避免使用光纤光栅对光谱滤波带来的高阶非线性效应。     

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。     

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％。     

基于YCOB晶体分析信号光脉冲时间特性对光参变啁啾脉冲放大光谱和转换效率的影响

基于YCOB晶体中三波耦合方程理论模型,在抽运光波形和能量、晶体长度相同的条件下,研究信号光的时间波形对光参变啁啾脉冲放大(OPCPA)光谱和转换效率的影响。计算过程中,抽运光和信号光能量分别为45J和500mJ,光斑直径分别为60mm和50mm。抽运光脉宽取3ns,信号光脉宽为1.2ns。数值结果显示,信号光放大后的光谱和转换效率与输入信号光的时间波形有关。1阶高斯型脉冲光谱的半峰全宽(FWHM)得以展宽,由原来的36nm展宽为放大后的61nm,2阶超高斯脉冲频谱展宽为47nm,高斯脉冲的阶数越高,谱宽展宽越小,5阶和5阶以上的高斯脉冲光谱不再展宽,几乎保持原来36nm不变;1阶高斯脉冲的转换效率最高,达到32%左右,2阶高斯脉冲只有25%,8阶以上转换效率基本变化不大,约为19%。信号光脉冲时间特性对OPCPA的光谱输出和转换效率产生很大的影响。     

Development of Fiber Lasers and Their Applications

1 Introduction Fiber lasers have been developed for more than forty years since Snitzer!s proposal and the demonstration of Nd- doped fiber in 1961 [1]. But fiber lasers have not been attracted considerable attention until the develop- ment of the low- loss fiber fabrication technology and the high power semiconductor laser technology recently. Actually,it is the application and development of fiber communication technology that has promoted the rapid development of fiber laser. Fiber laser, …