光纤激光器光参量啁啾脉冲放大现象

实验研究了采用信号光在一块非线性晶体内被同一束泵浦光放大两次的结构来实现光参量啁啾脉冲放大过程中对参量荧光的控制,实验得到了2×106的双通总增益,输出总能量为2 mJ,信号光能量晃动小于3％ rms,此时参量荧光仅占输出总能量的1％.采用这种放大结构,提高了短信号光与长泵浦光在时域上的匹配和转换效率,抑制了参量荧光,并提高了放大信号光的能量稳定性.     

光参量啁啾脉冲饱和放大的增益稳定性

 光参量啁啾脉冲放大（OPCPA）在饱和放大区存在一个增益稳定点，据此设计了一个输出稳定的三级OPCPA系统；第一、二、三级分别选用准相位匹配的周期极化钛氧磷酸钾（PPKTP）晶体、LBO晶体和KDP晶体作为增益介质。饱和放大时，增益随泵浦光强度变化时的增益输出稳定性明显改善，在泵浦光强度抖动低于6%的情况下，各级光参量放大器OPA输出的增益抖动小于1%。前级采用准相位匹配的PPKTP晶体作为增益介质，在远低于破坏阈值的30MW/cm²的泵浦功率密度下，可得到2×10⁵的饱和放大增益和20%的能量转换效率。     

高重复频率高效率光参量啁啾脉冲放大研究

准相位匹配晶体在光参量放大过程具有更大的有效非线性系数,数值分析显示在光参量前级放大过程中就能够提供6.2×106的高增益饱和放大,参量转换效率大于25%,并基于准相位匹配的参量增益特性给出了一个全二极管激光器泵浦的亚TW级高重复频率OPCPA系统的优化设计.     

皮秒短脉冲光参量啁啾脉冲放大中泵浦信号高精度同步主动控制技术研究

在皮秒短脉冲泵浦的光参量啁啾脉冲放大(ps-OPCPA)系统中,泵浦光与信号光之间的高精度时间同步是需要解决的关键问题之一.本文基于中国工程物理研究院激光聚变研究中心的全OPCPA激光装置,对用于前端ps-OPCPA中泵浦光与信号光的高精度同步主动控制技术进行了详细研究.采用大啁啾信号光窄光谱光参量放大的主动反馈方式,通过合理设计反馈光路信号光的时域展宽啁啾系数,将泵浦光与信号光的同步时间抖动从ps量级降低至百fs量级的时间范围,从而极大地改善了前端ps-OPCPA的能量和光谱不稳定性:7 min测试时间内泵浦光与信号光相对同步时间抖动的均方根值(RMS)从458 fs改善至93 fs,输出能量RMS不稳定性从30.3%改善至3.15%,且维持光谱宽度大于100 nm的稳定宽光谱输出.     

光参量啁啾脉冲放大系统非线性晶体长度确定及调谐方法研究

首先介绍了模拟光参量啁啾脉冲放大（OPCPA）过程的多种计算模型,在此基础上提出了三步走逐步逼近算法,以确定OPCPA过程中最稳输出时所需的非线性晶体长度.这种算法综合利用了上述计算模型,随着计算模型越来越精确,非线性晶体长度的计算范围越来越小.因而利用这种算法能高效、精确地确定最佳非线性晶体长度.最后提出在OPCPA过程引入一定的相位失配量,来调谐最稳输出时所需晶体长度,从而能突破晶体加工精度不够的局限,在实际OPCPA过程中获得稳定输出. 关键词： 光参量啁啾脉冲放大 最稳输出 相位失配 非线性晶体长度     

啁啾匹配和同步抖动对光参量啁啾脉冲放大的影响

 通过研究光参量啁啾脉冲放大过程转换效率随泵浦光啁啾参数的变化,以及信号光和泵浦光波长的对应关系,确立了信号光和泵浦光同步时实现线性啁啾匹配的方法。以磷酸二氢钾作为非线性晶体,研究了信号光和泵浦光之间的线性啁啾匹配和时间同步抖动对光参量啁啾脉冲放大后信号光脉冲波形和转换效率的影响。结果表明：在时间同步的情况下,线性啁啾匹配时的信号光脉冲波形很对称,转换效率也较高;在同步抖动程度一定的情况下,不同泵浦光啁啾参数时,信号光的增益及放大后的脉冲波形差异较大;在线性啁啾匹配程度一定时,信号光和泵浦光时间同步抖动越严重,放大信号光的脉冲波形变化越大,信号光增益越小,且转换效率也越低。     

啁啾脉冲放大系统空间特性的优化分析

采用Franz-Nodvik模型,通过模拟计算,系统地分析了啁啾脉冲放大(CPA)过程中抽运光和信号光能量密度以及晶体参量对放大器输出能量和转换效率的影响。将理论模拟与实验结果进行比较,证明了理论分析的有效性。计算结果表明:在啁啾脉冲放大系统中,存在一个抽运光最佳能量密度。合理选择抽运光的能量密度可以有效提高系统的能量转换效率和稳定性,而且还可以大大降低系统对注入信号光能量的要求以及由于信号光能量抖动所造成的输出不稳定性。     

应用级联倍频方法提高倍频系统输出稳定性研究

提出应用级联倍频方法提高倍频系统输出稳定性,并就该方法的有效性进行了理论分析和模拟计算.分析和计算结果不但证明级联倍频方法能实现倍频系统稳定输出,而且还表明可以通过仔细调节第一块倍频晶体中波矢方向 k 与光轴间夹角、两块倍频晶体间的间隔,能调节改变实现倍频系统最稳输出时所需第二块晶体的理论计算长度,使之与第二块倍频晶体的实际加工长度一致,最终实现系统稳定倍频输出.级联倍频方法在实现高输出稳定性的同时能实现高的倍频转换效率,对应用于光参量啁啾脉冲放大系统的高稳定抽运源系统的设计建造具有重要参考意义. 关键词： 级联倍频 稳定倍频输出 光参量啁啾脉冲放大     

光参量啁啾脉冲放大系统非线性晶体长度确定及调谐方法研究

首先介绍了模拟光参量啁啾脉冲放大（OPCPA）过程的多种计算模型,在此基础上提出了三步走逐步逼近算法,以确定OPCPA过程中最稳输出时所需的非线性晶体长度.这种算法综合利用了上述计算模型,随着计算模型越来越精确,非线性晶体长度的计算范围越来越小.因而利用这种算法能高效、精确地确定最佳非线性晶体长度.最后提出在OPCPA过程引入一定的相位失配量,来调谐最稳输出时所需晶体长度,从而能突破晶体加工精度不够的局限,在实际OPCPA过程中获得稳定输出.     

基于光束偏转的扫描式宽带光参量啁啾脉冲放大

光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)是超短激光脉冲领域的重要技术之一,增大增益带宽对提高OPCPA的转换效率、实现宽带光参量放大具有重要的意义.本文将光束偏转和非共线OPCPA有机结合,提出了基于光束偏转的扫描式宽带OPCPA模型.分析了通过光束偏转来时刻改变非共线角,以保证各频率成分的相位匹配,从而增大增益带宽的基本原理.采用提出的扫描式宽带OPCPA,针对800 nm中心波长、带宽约为100 nm信号光的光参量放大进行了数值计算.结果表明:经过扫描式OPCPA后,信号光的带宽与放大之前几乎相同,光谱没有窄化;扫描式OPCPA比固定非共线角方式的放大极大地增加了增益带宽和转换效率,实现了宽带的光参量放大;要满足信号光各频率成分的相位匹配,达到最大的增益带宽和转换效率,需要尽量减小加载到钽铌酸钾(KTa_(1-x) Nb_xO_3, KTN)电光晶体上的电压抖动和电压延时.     

Yb:YAG Innoslab amplifier: efficient high repetition rate subpicosecond pumping system for optical parametric chirped pulse amplification

We report on a Yb:YAG Innoslab laser amplifier system for generation of subpicsecond high energy pump pulses for optical parametric chirped pulse amplification (OPCPA) at high repetition rates. Pulse energies of up to 20 mJ (at 12.5 kHz) and repetition rates of up to 100 kHz were attained with pulse durations of 830 fs and average power in excess of 200 W. We further investigate the possibility to use subpicosecond pulses to derive a stable continuum in a YAG crystal for OPCPA seeding.     

飞秒BBO光参量放大中闲频光二次谐波的产生

由于相位匹配条件和非线性晶体透光范围的限制，400nm蓝光抽运的飞秒β-BaB₂O₄（BBO）光参量放大（OPA）输出的参量光调谐范围有限，很难得到波长小于460nm的蓝光和近紫外光.实验采用1kHz钛宝石九通啁啾脉冲放大器的倍频蓝光作抽运光，超连续白光 作种子光，在Ⅰ类非共线相位匹配条件下，利用宽带的飞秒BBO OPA，在一定的实验参数下 获得了530—810nm放大的信号光，以及810nm—17μm波段范围的闲频光.与此同时 ，还获得了410—700nm连续可调的闲频光的二次谐波，其与闲频光层叠分布，单脉冲能量 为26μJ，转换效率大于5%.仅利用单块晶体的飞秒BBO OPA就可以获得410—810nm连 续可调的飞秒脉冲输出，从而为更多研究和应用的需要提供了重要的光源.对飞秒光参量放 大中闲频光二次谐波产生的条件也进行了理论分析. 关键词： 二次谐波 闲频光 非共线相位匹配 飞秒光参量放大     

Optical parametric chirped pulse amplification based on photonic crystal fibre

A compact two-stage optical parametric chirped pulse amplifier based on photonic crystal fibre is demonstrated.A 1064-nm soliton pulse is obtained in a home-made photonic crystal fibre (PCF) with femtosecond pulse pumping and then amplified to 2 mJ in an Nd:YAG regenerative amplifier.After the amplified pulses pass through the LBO crystal,the 532-nm double-frequency light with an energy of 0.8 mJ and a duration of over 100 ps at 10-Hz repetition rate is generated as a pump source in the following two-stage optical parametric amplification (OPA).The 850-nm chirped signal light gain from the stretcher is 1.5×10 4 in the first-stage OPA while it is 120 in the second-stage OPA.The total signal gain of optical parametric chirped pulse amplification (OPCPA) can reach 1.8×10 6.     

光学参变啁啾脉冲放大相位失配啁啾脉冲频谱整形新方法

相位匹配是实现高效光学参变啁啾脉冲放大(OPCPA)能量转换的关键之一,通过对几种常用非线性晶体的光学参变啁啾脉冲放大过程进行数值模拟研究,结果表明一定程度的相位失配不但能增加光学参变啁啾脉冲放大增益带宽,而且会使啁啾脉冲光谱强度分布中间凹陷。提出利用光学参变啁啾脉冲放大相位失配放大作为啁啾脉冲频谱整形的新方法,通过理论分析和模拟计算,找到了光学参变啁啾脉冲放大相位失配啁啾脉冲频谱整形效果的控制量;并对几种常用非线性晶体在简并、近简并、非简并等条件下的光学参变啁啾脉冲放大相位失配放大特性进行了比较。     

1.5 mJ, 6.4 fs parametric chirped-pulse amplification system at 1 kHz

We demonstrate an optical parametric chirped-pulse amplification (OPCPA) system with the pulse energy of 1.5 mJ at a 1 kHz repetition rate. The newly developed 100 ps Ti:sapphire pump laser system, which was optically synchronized with OPCPA seed pulses, delivered 10 mJ, 400 nm pump pulses. After three-stage parametric amplification, recompression of the amplifier output from 45 ps to 6.4 fs was performed. The pulse width of 6.4 fs is, to our knowledge, the shortest ever obtained by OPCPA, and the average power of 1.5 W (1.5 mJ, 1 kHz) is believed to be the highest among few-cycle OPCPA systems.     

用于产生亚12fs脉冲的脉冲波前匹配的超宽带光学参量啁啾脉冲放大器

研究和建议了一种用于产生亚12fs脉冲的基于脉冲波前匹配的LBO超宽带光学参量啁啾脉冲放大器。实验结果表明LBO超宽带光学参量啁啾脉冲放大器可以输出大于60nm(FWHM)的增益光谱带宽，为了利用这种放大器产生转换限制的脉冲输出，给出了一种将超宽带光学参量啁啾脉冲放大器与脉冲波前匹配相结合的方法，这种方法等价于信号光脉冲波前无斜置的放大，克服了超宽带参量啁啾脉冲放大器中由于信号光的脉冲波前斜置而导致很难获得最短压缩脉冲输出的缺陷，从而允许产生转换限制的亚12fs脉冲。     

Direct measurement of the effective input noise power of an optical parametric amplifier

The spontaneous fluorescence background in optical parametric amplifiers is generally attributed to the zero‐point fluctuations of the electromagnetic field. These are amplified in parallel to the seed light and lead to an uncompressible superfluorescence background that deteriorates the contrast in optical parametric chirped pulse amplifiers (OPCPA). The absolute level of the underlying parametric fluorescence has not been reported so far. Comparing the fluorescence to low level cw seed light and quantitatively monitoring the output of a noncollinear optical parametric amplifier for both sources, the level is now determined. In a situation of 50 nm visible output bandwidth and low Gaussian spatial modes about 58 photons are found in the signal direction within the femtosecond time window of the amplifier. The superfluorescence level is observed to be proportional to the pump area for constant signal amplification. The implications for the background in high power OPCPA are discussed.     

High energy and long pulse generation with high-birefringence photonic crystal fibre and laser-diode pumped regenerative amplifier

We report on the generation of a high energy and long pulse for pumping optical parametric chirped-pulse amplification (OPCPA) by a high-birefringence photonic crystal fibre (HB-PCF) and a laser-diode-pumped regenerative chirped pulse amplifier. Using the femtosecond pump pulse centred at 815~nm, a 1064~nm soliton pulse is produced in the HB-PCF. After injecting it into an Nd:YAG regenerative amplifier with the glass etalons, a narrow-band amplified pulse with an energy of $\sim $4~mJ and a duration of 235 ps is achieved at a repetition rate of 10~Hz, which is suitable for being used as a pump source in the 800~nm OPCPA system.