用于钕玻璃啁啾脉冲放大系统光谱整形的多层介质膜反射镜

在千焦拍瓦高功率啁啾脉冲放大系统设计中,为了尽量消除增益窄化和增益饱和效应的影响,同时尽可能提高高功率激光输出脉冲信噪比参数,激光脉冲时空和光谱的整形问题备受关注.提出一种光谱整形新方法,利用特定结构的多层介质膜反射镜,可实现对大能量高功率啁啾脉冲钕玻璃放大系统中啁啾脉冲的光谱整形.研究结果表明,只要合理选择多层介质膜系的结构参数,可有效地控制其反射率分布,且在保证反射相位基本不变的条件下其调制度可超过60%.针对钕玻璃1053nm波长设计而成的光谱整形反射镜,反射带宽可达到196nm,色分辨率约为0.1 关键词： 介质反射膜 光谱整形 千焦拍瓦 啁啾脉冲     

变栅距光栅实现啁啾脉冲光谱整形

为了充分利用放大介质的增益带宽,获得脉宽更短,功率更高的输出脉冲,需要将输入到主放大链的种子脉冲进行光谱整形来补偿放大过程中的增益窄化效应。提出了利用变栅距反射光栅实现中心波长1053nm,谱宽6nm啁啾脉冲的光谱整形。运用严格的光栅衍射耦合波理论分析光栅的衍射特性,发现该方案不会引入相位畸变。分别计算和分析了刻槽深度、入射角大小、光栅周期以及入射光波长的变化对衍射效率的影响,通过选取适当的光栅参量可获得0.5%~84%的光谱调制深度。     

皮秒拍瓦激光系统宽带激光放大的精确模型和性能分析

为准确分析皮秒拍瓦激光系统的频域放大特性,通过引入钕玻璃实际受激发射截面,建立了宽频带激光放大的精确模型,对比分析了常用高斯线型近似的不足.针对神光II高能拍瓦激光系统,分析了不同线型下,注入种子的光谱形状、中心波长以及能量稳定性对放大系统的影响.结果表明:实际线型会加剧增益窄化效应;对于107增益,光谱将窄化为3 nm,系统累积B积分增大至1.7;窄化效应降低了注入种子中心波长的要求,增益饱和会使输出能量稳定性提升近一倍.在上述基础上,进行了宽频带激光放大的实验研究,对于注入的10 nm (FWHM)超高斯、1054 nm中心波长、3%(RMS)稳定性的参量放大种子,实现了1900 J、中心波长1054.2 nm、谱宽3 nm的输出,发次能量稳定性1.8%,与分析结果一致.本文结果将对国内基于钕玻璃的高能宽带激光装置建设和改进提供重要的参考依据.     

高功率超短脉冲激光系统中用AOPDF实现增益窄化补偿的实验研究

超短脉冲激光系统中，足够宽的带宽是获得超短脉冲的先决条件.高增益放大器，特别是再 生放大器的增益窄化效应严重制约着输出激光脉冲的时间特性.将可编程声光色散滤波器(AO PDF)应用到高功率激光系统中，能有效地克服增益窄化效应.实验表明，再生放大器的光谱 宽度由未应用前的27?nm增加到了44?nm，压缩脉冲的宽度减小了一半，从而也使峰值功率 提高了一倍. 关键词： 超短脉冲 增益窄化 光谱整形 可编程声光色散滤波器     

应用于宽带中红外激光产生的啁啾周期极化铌酸锂晶体结构设计及数值模拟

中红外波段3—5μm激光光源在医疗、基础科学、通信、工业等众多领域都有着重要的应用需求,而受制于中红外波段的增益介质,传统的激光产生及放大的方法如再生放大、多程放大、行波放大等已经不适用.为了产生宽带且高能量的中红外激光,本文结合准相位匹配技术和啁啾周期极化铌酸锂(CPPLN)晶体进行了理论分析.通过计算分析铌酸锂晶体的色散关系曲线,对CPPLN晶体的结构参数进行设计和调节.结合非线性耦合波方程组与四阶龙格库塔法对该晶体在800 nm激光的抽运下,与0.95—1.6μm范围内的信号光进行准相位匹配差频转换进行了数值模拟.研究表明,在单块CPPLN晶体中,结合准相位匹配技术,能够高效产生覆盖1.6—5μm的中红外激光.对CPPLN晶体产生中红外激光的理论分析和数值模拟,能够为进一步的实验探究等提供方案参考和理论支持.     

基于波导相位调制器的光谱色散平滑技术实验研究

利用波导相位调制器产生的正弦调频脉冲进行了光谱色散平滑技术实验研究.结果表明该铌酸锂波导相位调制器可以容易地将DFB振荡器产生的单纵模信号展宽到0.1—1.5 nm,远场分析表明焦斑扫动规律与理论计算一致,近场分析表明SSD对近场百微米尺度的调制有显著改善.本研究为高功率激光装置束匀滑方案的优化提供了参考. 关键词： 远场 近场 光谱色散平滑 惯性约束聚变     

宽带准连续光纤激光在周期极化铌酸锂中倍频特性的研究

双包层光纤激光器和非线性光学材料(如周期性极化的铌酸锂晶体,PPLN)相结合,开辟了实用性非线性光学器件的一个新领域。研究了准相位匹配周期性极化反转铌酸锂晶体对宽带准连续光纤激光倍频的温度特性和频谱特性。在理论上,从准相位匹配相位失配关系出发,推导了晶体温度与抽运源中心波长的关系以及温度响应带宽,并和已报道实验结果进行了比较,二者符合得很好。此外,还推导了倍频周期极化铌酸锂晶体对抽运基频光源的响应谱线带宽。在实验上,采用长度20mm,极化周期6．5μm,厚度0．5mm的周期极化铌酸锂晶体光纤激光器准连续宽带输出进行了倍频,获得了在不同控制温度下的倍频光光谱,并对此进行了详细分析。     

周期性极化铌酸锂晶体中半非共线型宽带光学参变放大理论研究

基于周期性极化铌酸锂晶体(PPLN)的准相位匹配光参变放大过程,通过倾斜周期极化铌酸锂晶体中极化域(极化光栅)一定角度,实现了介于共线匹配方式和非共线匹配方式之间的一种半非共线型准相位匹配方式,并以该匹配方式下的各光矢量几何关系得出相位匹配曲线,找到在特定抽运光和信号光波长下能获得宽带增益放大的周期极化长度。并研究其极化倾斜角度与温度特性。模拟计算表明,在合适的角度与温度条件下,该方式可以532 nm抽运光抽运的信号光在800 nm和1064 nm处均获得宽带光参变放大。     

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.     

钕玻璃啁啾脉冲放大器产生百焦耳亚皮秒脉冲

以钕玻璃为增益介质研制了高能啁啾脉冲激光放大器系统,实验演示输出啁啾脉冲能量在百焦耳量级时,光谱宽度保持在4—6 nm.最大能量168 J,相应谱宽5.5 nm,中心波长1054 nm.压缩脉冲宽度最短710 fs. 关键词： 啁啾脉冲放大 钕玻璃 高能拍瓦     

Laser pulse spectral shaping based on electro-optic modulation

A new spectrum shaping method, based on electro-optic modulation, to alleviate gain narrowing in chirped pulse amplification （CPA） system, is described and numerically simulated. Near-Fourier transform-limited seed laser pulse is chirped linearly through optical stretcher. Then the chirped laser pulse is coupled into integrated waveguide electro-optic modulator driven by an aperture-coupled-stripline （ACSL） electricalwaveform generator, and the pulse shape and amplitude are shaped in time domain. Because of the direct relationship between frequency interval and time interval of the linearly chirped pulse, the laser pulse spectrum is shaped correspondingly. Spectrum-shaping examples are modeled numerically to determine the spectral resolution of this technique. The phase error introduced in this method is also discussed.     

Broadband spectral shaping in a Ti:sapphire regenerative amplifier

A birefringent crystal quartz plate of known thickness has been used as a spectral filter for spectral shaping in a Ti:sapphire regenerative amplifier. The spectral profile of the amplified pulse ejected from the regenerative amplifier was observed while adjusting the birefringent crystal plate in the cavity. By altering the gain spectrum, the bandwidth of the regeneratively amplified pulse was increased from 18 to 35 nm by using a 0.34-mm thick birefringent plate. The output pulse spectrum from the regenerative amplifier neared the bandwidth of the seed pulse. As a comparison, we used a coated filter outside the regenerative amplifier cavity, and the bandwidth of the regeneratively amplified pulse was stretched to 28 nm. When the bandwidth was stretched to 35 nm, the pulse was compressed to 35 fs.     

钛宝石超短脉冲放大过程中的增益窄化效应

本文研究超短脉冲的放大过程中产生的一个很重要的非线性效应──脉冲频谱的增益窄化效应(Gain Narrowing).分析了它的产生机理,同时指出了增益窄化效应在制约由于自相位调制效应引起的脉冲频谱展宽现象时所起的脉冲整形作用,得出了决定这种整形效果的种子脉冲参数和对放大器性能的要求.     

高功率超短脉冲激光系统中光谱增益窄化补偿的调制函数

 设计了一种与高功率超短脉冲激光放大过程中获得的总增益、增益介质的带宽、激光带宽、脉冲中心波长等参数相关的调制函数,对激光放大过程中的光谱增益窄化进行补偿。此调制函数的优越性在于,对不同性能的激光系统,无需改变调制函数的形式就能适用。通过数值模拟的方法,讨论了在不同增益介质带宽、激光带宽、脉冲中心波长下的补偿效果。此调制函数在高功率超短脉冲激光系统中有良好的应用前景。     

Bandwidth expansion and pulse shape optimized for 10 PW laser design via spectral shaping

We demonstrated a scheme of bandwidth expansion and pulse shape optimized to afford 10 PW laser design via spectral shaping, which uses the existing Nd:glass amplifier chain of the SG PW laser. Compared to the amplified pulse with a gain-narrowing effect, the required parameters of injected pulse energy, spectral bandwidth, and shape are analyzed, together with their influence on the system B-integral, energy output capability, and temporal intensity contrast. A bandwidth expansion to 7 nm by using LiNbO₃ birefringent spectral shaping resulted in an output energy of 2 kJ in a proof-of-principle experiment. The results are consistent with the theoretical prediction which suggests that the amplifier chain of SG PW laser is capable of achieving 6 kJ at the bandwidth of 7 nm and the B-integral < π . This will support a 10 PW laser with a compressed pulse energy of 4.8 kJ (efficiency=80%) at 480 fs.     

K5Nd(MoO4)4: a self-tunable laser crystal

We report for the first time to our knowledge an experimental demonstration of wavelength self-tuning in a K5Nd(MoO4)4 broadband-emitting laser crystal (KNM), as well as a theoretical treatment of the system based on its birefringence properties. The self-frequency-tuning of the laser along the full spectral range of the KNM crystal was obtained by rotating a birefringent gain plate in its own plane. The gain plate was placed inside a resonator at Brewster's angle. The tuning characteristics of the spectral filter were obtained by use of the Jones vector formalism. The calculated wavelength-selective tuning precisely matches the experimental observations.     

一种新型静态成像光谱系统的研究

静态干涉系统具有稳定性好、抗干扰能力强的优势,但其缺点是光谱分辨率低并且光谱测试范围不易调整。针对静态干涉型成像光谱系统光谱分辨率低且不可调等问题,设计了一种新型静态成像光谱系统。系统由光束整形模块、新型静态干涉调制模块以及成像模块构成。光束整形模块将入射光缩束并整形为平行光,进而保证入射干涉具后可以获得较好的干涉效果;新型静态干涉调制模块对入射光进行相干处理。在双折射干涉结构的基础上进行了改进,在不改变原有静态干涉具尺寸的基础上提高了系统的光谱分辨率,并实现了光谱分辨率的静态调制;成像模块完成对目标区域二维可见光图像的采集。系统核心部件由两组光轴相互正交的Wollaston棱镜作为分光器件,在两棱镜间放置电光调制模块,实现光程的静态扫描。分析了新型静态成像光谱系统的工作原理,给出了入射角、折射角等主要参数的函数表达式,并构建了系统的数据模型。通过绘制系统光线追迹图的方式,得到了该系统横向剪切量的函数方程,并对影响横向剪切量的各个参数进行了分析与讨论。通过仿真计算了改变结构角、晶体厚度以及调制度等参数对横向剪切量的影响程度,并定量计算了两个参数对系统光谱分辨率的影响程度。由仿真分析结果可知,增大结构角与加宽调制晶体厚度都可以为系统提供更大的光程差。故通过电光调制的方式实现横向剪切量的静态扫描是可行的,可以实现静态光谱图像的获取。在实验中对660 nm激光进行了测试。新型静态干涉模块采用孔径20 mm×20 mm,厚度10 mm的两块光轴相反的Wollaston棱镜与厚度10 mm的电光调制晶体构成。当调制度分别是0.000 2和0.000 6时,成像模块采集得到干涉条纹具有明显差异。当调制度增大时,其干涉条纹密度增大,说明采用越大的调制度,系统对应的光谱静态扫描能力越强,对光谱分辨率的控制越好。由此可见,本静态成像光谱系统在控制电光晶体调制度的条件下具有光谱分辨率可调的特性,验证了系统的可行性。