中国科学家实现首例飞秒时间分辨近场光学系统

飞秒（fs）是一种超短时间单位，1fs=10^15s．近年来，随着飞秒脉冲激光技术的发展，飞秒时间分辨光谱技术在纳米材料动力学、化学反应动力学、光合作用等超快过程研究领域得到广泛应用．     

超快激光的新前沿—阿秒科学

超短脉冲激光正在进行着从飞秒（1fs=10^-15s)向阿秒（1attosecond=10^-18s)的跨越,这一跨越对于激光原理和激光应用来说都有很重要的意义,文章通过阿秒脉冲与飞秒脉冲比较来介绍超快激光的新前沿－阿秒科学,包括阿秒科学的诞生,现状以及由于阿秒脉冲的产生而出现的阿秒科学的概况 。     

基于光放大的长脉冲抽运太赫兹激光

为了获得较窄增益带宽、较大光强的太赫兹辐射,尝试了利用TEA CO₂激光器对6 W可调谐连续波CO₂种子激光实行双程光放大实验,以期望获得长脉冲、高峰值功率的抽运光.通过实验,获得了大约30倍的放大系数,放大光输出功率随种子光注入功率的增加而增加,其中10 P （20）支线表现更加突出,并且被放大的激光支线半峰全宽在14 μs左右.基于这种长脉冲抽运源,建立了一种产生脉冲太赫兹的动力学模型,给出了产生太赫兹辐射的饱和抽运光强表达式,确定了抽运光的光强范围.另外, 关键词： 激光物理 长脉冲 动力学模型 太赫兹激光     

抽运激光聚焦特性对预脉冲诱导的类氖J=0→1 X射线激光近场像的影响

研究了在最佳除焦、预脉冲光束单独散焦及主预脉 时散焦三种不同抽运激光聚焦条件下,预脉冲诱导的类氖铁和锌Ｊ＝０→１Ｘ射线激光的近场像。本实验是在Ａｓｔｅｒｉ ｉｖ磺激光装置上进行的,实验中主、预脉冲间的时间间隔为５ｎｓ。实验发现在抽运激光主、预脉冲最佳聚焦条件下,Ｘ射线激光束在２．５ｃｍ长的线状等离子体输出端沿靶面（垂直）方向分裂成两束;在抽运预脉冲单独散焦条件下,仍然观察到这一分裂现象;但是当抽运     

高时间分辨辐射温度测量技术

 通过对影响测量辐射温度时间分辨因素的研究,得出影响测量时间分辨的主要因素是系统的偏压、电缆的长度与带宽、衰减头的带宽和示波器的带宽与采样率。通过提高系统的偏压（3 kV）、缩短电缆的长度（2 m）、使用高带宽的衰减头（18 GHz）和高带宽（6 GHz）和2×10¹⁰／s采样率的示波器,在Silex-Ⅰ激光装置上进行系统的时间分辨测量,系统的上升时间为130 ps,时间分辨为215 ps。利用该系统,在上海神光Ⅱ装置开展的实验中,时间分辨好于215 ps,观测到了激光脉冲调整后辐射温度随时间的变化。     

电子在超短激光脉冲修正场中的动力学特性研究

给出了一种精确描述超短、紧聚焦激光脉冲的新方法，其思路是根据两个无量纲小量ε=1/(ω0t0)和s=1/(k0w0)（其中ω0=ck0为中心振荡频率，t0为脉冲延迟时间，w0为激光束腰半径）进行展开来计算脉冲的高阶修正场.在激光束近轴近似表达式的基础上，给出了高斯脉冲一阶修正场的解析表达式，并研究发现其振幅和相位相对于零阶修正场（即长脉冲近似）的修正量都在ε的量级甚至更小.另外对电子在超短高斯脉冲一阶修正场中的动力学特性研究发现：对于ω0t0>20的情况，零阶修正场可以正确地描述电子被光场加速的特性；当ω0t0<20时，则需要采用高阶修正场. 关键词： 超短激光脉冲 激光加速     

用飞秒激光在α-BBO晶体中诱导析出β-BBO相

通常超快强激光主要用于研究发生在材料内部,时间尺度在皮秒(10^-2s)到飞秒(10^-15s)范围内的动力学现象。然而,其极短的脉冲宽度,使得激光束经聚焦后在焦斑处的功率强度可达10^14W／cm^2。所以,当这种激光束被聚焦在透明材料的内部时,巨大的能量可在极短的时间内积聚在非常小的区域内,并使该区域内的温度和内压力急剧上升。     

主控抽运被动调Q激光器和输出特性

对脉冲抽运与增益预抽运的微腔Cr4+:YAG/Nd:YAG被动调Q激光器的稳定性进行了理论和实验研究。结果表明在抽运时抽运脉宽和重复率较大的情况下,输出激光脉冲相对于抽运脉冲抖动范围明显加大。针对此情况,采用压缩抽运脉宽和降低重复率的方法获得了波长为1.06 μm、脉宽为3.8 ns、单脉冲能量为65 μJ、相对抽运脉冲的抖动范围小于0.8 μs的激光输出。同时分析了增益预抽运的优势和缺点。     

与794nm飞秒激光精确同步的无直流背底的1064nm脉冲光的产生

基于非共线光参量放大(NOPA)，以宽带794nm飞秒激光的倍频光为抽运光，以连续的He-Ne激光为信号光，产生了与宽带794nm飞秒激光精确同步的无直流背底的1064nm的脉冲光.实验结果显示该1064nm的光脉冲可作为光参量啁啾脉冲放大系统的抽运激光链的种子光，从而实现用全光学方法实现OPCPA系统抽运光和信号光的精确同步.还将非共线光参量放大器置于经特殊设计的He-Ne激光腔内，也同样成功得到了无直流背底的1064nm的光脉冲.经一次光参量放大后所得到的1064nm光的光谱和空间啁啾特性与非共线光参量放大器置于He-Ne激光腔外时得到的1064nm的光脉冲相同，而其单脉冲能量约为腔外NOPA的10倍. 关键词： 非线性光参量放大 光参量啁啾脉冲放大 时间同步     

超短激光脉冲在多能级系统中的传输特性

运用数值方法研究了超短激光脉冲在多能级系统中的传输特性.当激光脉冲能量相对较弱时,适当的脉冲面积可以实现自感应透明;激光脉冲能量逐渐增强,脉冲将产生分裂.脉冲分裂的基本面积（即脉冲实现稳定传播的最小面积）与二能级系统不同,而是A₀=2π/κ,与激发态的能级个数和跃迁偶极矩密切相关.由于分裂和吸收,超短激光脉冲传输了一段距离以后,将演化为一个脉冲宽度更窄、峰值强度更高且面积为A₀的超短激光脉冲. 关键词： 超短激光脉冲 多能级系统 特征时间     

LD抽运被动调Q固体激光器的脉冲稳定性

报道了二极管激光抽运Cr,Nd∶YAG被动调Q Nd∶YVO4 1064 nm激光输出.为了提高被动调Q激光的输出稳定性,谐振腔采用长腔,增益介质位于谐振腔中间位置.实验中获得了稳定的被动调Q激光输出.在最高入射抽运功率为17.5 W时,脉冲重复频率达到71.3 kHz,脉冲宽度为0.4 μs.调Q脉冲幅度不稳定性低于±10%,脉冲时间波动性低于±3.5%.     

产生超快水窗波段X射线的ESASE方案模拟

脉冲宽度在百as（1 as=10?18 s）量级的X射线脉冲在超快科学领域有极为重要的作用。相较于目前世界上大部分运行在自发放大辐射模式的X射线自由电子激光（FEL）,增强型自发放大辐射（ESASE）模式可以显著增加电子束的峰值流强,减小FEL的增益长度,可用来产生百as量级的超快X射线。基于典型的软X射线FEL参数,对ESASE方案的参数进行了模拟优化,得到了百as量级、功率可达1 GW以上、波长可在水窗波段且可调节的X射线脉冲,为后续开展ESASE实验及其实验参数的优化提供参考。     

利用集成光学技术的新型时间脉冲整形系统

通过对时间脉冲整形技术的探索，发展了一套准备应用于未来高功率激光装置的激光脉冲整形系统。在这套整形系统中，使用了通光波长1．053μm的质子交换型波导调制器。通过这套利用集成光学调制技术的整形系统，得到了脉冲起伏小于10％的整形方波光脉冲。     

新型激光装置前端系统激光时间脉冲整形技术

对惯性约束聚变实验而言,激光时间脉冲整形具有非常重要的意义。随着惯性约束聚变技术的不断发展,对终端脉冲的时间填充因子的要求越来越高,直接导致了对前端系统时间脉冲整形技术的要求也越来越高。为了满足惯性约束聚变实验对前端时间脉冲整形技术的要求,自行设计了“刀口器”装置。利用这一装置,并结合改进的时空变换脉冲整形技术,在“神光—Ⅱ”的升级装置上,实现了大功率激光装置上的激光时间脉冲整形,在终端得到了脉宽1．16ns、上升沿337ps、下降沿360ps、时间填充因子为81．2％的方波激光脉冲,满足了物理实验对前端系统激光时间脉冲整形的要求。同时,提出了进一步改进的措施,以满足今后物理实验的更高要求。     

偶氮苯衍生物的全息光存储和双折射特性研究

对6-（4-（（4-（十八烷氧基-）苯基）二氮烯基）苯氧基）-1-己醇（E-1-ol）的光致变色、双折射和全息光存储特性进行了研究.以488 nm的氩离子（Ar+）激光为抽运光,632.8 nm 的氦氖（He-Ne）激光为探测光,研究了透射信号强度随时间的变化关系;在10 mW~160 mW的范围内,研究了透射信号强度的最大值随抽运光功率的变化;经计算,在各抽运光功率下,获得的光致双折射值（δn）达10－2量级,最大激光功率下,获得的δn为2.8×10－2.对透射信号强度随时间的变化曲线进行了理论拟合,得出曲线的上升和下降符合双指数增长和衰减,时间响应常量分别是：上升阶段：t1=4.8 s,t2=85.8 s;下降阶段：t1=1.9 s,t2=27.6 s.用等强度s偏振的两束Ar+激光为写入光, He-Ne光为读出光,研究了衍射信号强度随时间的变化及写入光功率改变时,衍射信号强度最大值与写入光功率的变化关系;对衍射信号强度随时间变化的动力学过程进行了理论拟合,得出光栅生长和衰减也有快和慢两个过程,光栅生长时间响应常量为：t1=3.9 s,t2=33.9 s,光栅衰减时间响应常量为 t1=1.8 s,t2=60.1 s.     

自调Q、自锁模铒/镱共掺光纤激光器

研究了结构新颖的环形腔铒/镱（Er/Yb）共掺双包层光纤激光器.为了获得高功率激光输出,使用6个激光二极管（LD）同时抽运Er/Yb共掺光纤,采用光纤光栅（FBG）Sagnac环作为波长选择器,得到了中心波长为1548.11 nm、谱线宽度为0.06 nm的窄线宽激光输出;并利用增益光纤作为可饱和吸收体,实现了自调Q、自锁模脉冲输出.当抽运功率为719 mW时,激光器输出自调Q脉冲,脉冲周期为20μs,脉冲宽度为2.8μs,脉冲的平均功率为38.4mW,峰值功率为274.3mW;当抽运功率为3.6 W时,激光器输出自锁模脉冲,脉冲宽度为4ns,平均功率为319 mW,脉冲峰值功率大于10 W,重复频率为7.937 MHz.     

激光二极管列阵抽运的单纵模激光脉冲再生放大器

详细研究了单纵模激光脉冲从注入到再生放大过程中脉冲的建立过程 ,采用折迭驻波腔结构的再生放大器 ,实现了激光二极管列阵抽运的高稳定单纵模激光脉冲的再生放大 ,获得了总增益为 1 2× 10 7的高增益放大。取出单脉冲能量为 1 2mJ ,单程净增益为 1 5。     

双脉冲驱动锗薄膜靶高增益X射线激光实验

利用窄脉宽,低能量并具有一定时间间隔的两束激光脉冲驱动薄膜锗靶,获得高增益X射线激光的实验方法和结果,每束入射激光能量仅几十焦耳,脉宽100—160ps,两脉冲时间间隔35Ops,所用的靶为锗薄膜靶,其长为10mm,厚为34.0nm,实验中利用掠人射光栅谱仪观测到类氖锗3s—3PJ=0—1和J=2—1两条激光线,它们的波长分别为19.61nm和23.63nm,折射角均为12mrad,人发散用分别小于10.8mrad和17.8mrad. 关键词：     

一维氦原子非依次电离的经典模拟

利用经典系综理论研究了强超短激光脉冲作用下的（一维）氦原子的非依次电离过程．通过对先后电离的两个电子的平均库仑势能和距核的平均距离的动力学模拟发现：在脉冲长度不变的条件下,长波长和高强度的超短激光脉冲更有助于非依次电离的发生． 关键词：     

脉冲储能型重复频率Yb:YAG片状激光放大器ASE效应研究

探讨了脉冲储能型重复频率片状Yb:YAG激光放大器抽运过程中的自发辐射放大（ASE）效应和能量提取过程.在Yb³⁺离子抽运动力学的基础上,建立了抽运过程中的自发辐射放大模型,计算了Yb:YAG晶体中三维含时储能密度分布和全片可提取能量.讨论了不同介质尺寸、掺杂浓度及厚度、介质温度参数下,自发辐射放大对储能的影响.给出了较为优化的设计,将有助于基于Yb激光材料的大能量二极管抽运的固体激光器设计. 关键词： 脉冲储能 Yb:YAG激光放大器 自发辐射放大（ASE）