可用于超精细加工的高重复率、高光束质量飞秒再生放大脉冲的产生研究

通过飞秒放大增益饱和理论及飞秒脉冲展宽的理论计算与分析，指出在优化放大腔结构参数及改变抽运光能量情况下，可以在省略展宽器基础上实现中等能量的飞秒脉冲再生放大.以此为依据，采用低抽运能量和放大腔中钛宝石晶体离焦技术，成功地进行了无展宽器的高重复率飞秒钛宝石再生放大及压缩技术的实验研究，并获得了高光束质量的飞秒放大光脉冲，放大光脉冲能量大于100μJ，重复频率为1kHz，光谱带宽7.7nm，压缩后脉宽500fs. 关键词： 飞秒光脉冲 再生放大 光束质量 增益饱和     

18mJ,100Hz飞秒钛宝石激光放大器

采用环形腔再生放大及四通放大的两级放大方案,在重复频率100Hz、单脉冲能量75.1mJ的倍频Nd:YAG激光抽运下,通过啁啾脉冲放大飞秒钛宝石激光,获得了单脉冲能量25.4mJ的放大输出,对应能量转换效率33.8%.经光栅压缩器补偿色散后的单脉冲能量为18.3mJ,脉冲宽度为37.8 fs,对应峰值功率0.48 TW.测量其脉冲能量稳定性为3.6%,光束质量M~2因子在X和Y方向上分别为1.8,1.6.     

钛宝石激光再生放大器的研究

最近,我们采用上海光机所生产的(5.2×5.5×10)mm 的钛宝石激光晶体作为再生放大器的激光介质,实现了钛宝石激光再生放大器的运转.获得了1.2mJ 的能量输出.再生放大器的泵浦源是调 Q 的倍频 Nd:YAG 激光器,它的输出光脉冲宽度小于10ns,脉冲重复频率为10Hz,实验中为避免损伤晶体,采用的泵浦能量为50mJ.种子脉冲来自于自锁模钛宝石激光器,种子脉冲首先经过光栅展宽后再注入到再生脉冲,然后进行放大.注入的种子脉冲能量为1nJ,再生腔为平凹腔,R 为4m,腔长为1.65m.再生放大器的实验结果如图所示.     

钛宝石再生放大器实验研究

分析了啁啾脉冲在钛宝石再生放大器中的能量增益与泵浦光及信号光光束口径的关系。并用不同能量的调Ｑ倍频ＮｄＹＡＧ激光器的５３２ｎｍ光为泵浦光，测量了２ＴＷ钛宝石激光系统中钛宝石再生放大器在无注入信号脉冲时和有注入信号脉冲时的脉冲建立时间及相应的输出能量大小。再生放大器的增益为２×１０７。     

用钛宝石再生放大器产生高重复率啁啾脉冲列

针对啁啾脉冲放大技术建成的钛宝石激光装置，提出一种获得高重复率激光脉冲列的方法.通过改变钛宝石再生放大器中泡克耳斯盒电光开关的传统工作模式，使得腔内放大的脉冲从某特定时刻起，每当在腔内往返一次就以一定的倒出比例（倒出率）倒出腔内脉冲能量的一部分，从而可以在有限的时间段内产生高重复率的啁啾激光脉冲列.基于Franz-Nodvik放大理论，建立了该高重复率再生放大器的理论模型，通过数值计算，系统地分析了初始增益、倒出时刻、倒出率对输出的脉冲序列的影响.在抽运功率为35mJ、倒出率为1/2的实验条件下，通过腔外的脉冲数量选择器，在一个抽运周期内的有限时间段内已获得了14个幅度相近、单脉冲能量约为0.02mJ、重复率为100MHz的啁啾脉冲序列.从此啁啾脉冲列中选取数个脉冲，通过10TW级的激光系统放大和压缩，已获得100MHz重复率的飞秒太瓦级脉冲列. 关键词： 高重复率 多通放大 啁啾脉冲放大 钛宝石激光器     

采用飞秒光纤激光同步泵浦的自启动锁模钛宝石激光研究

针对常规连续激光泵浦钛宝石激光振荡器不能自启动锁模的缺点,采用倍频飞秒光纤激光同步泵浦,通过调节振荡器腔长与泵浦腔长匹配,实现了飞秒钛宝石激光的自启动锁模。实验中采用3.4 W的倍频掺镱光纤激光同步泵浦钛宝石激光振荡器,获得了平均功率大于130 mW、重复频率75 MHz、光谱宽度大于47 nm、脉冲宽度17 fs的锁模脉冲输出,不仅能够稳定可靠地实现自启动锁模,解决了常规钛宝石激光振荡器锁模启动的困难,而且还具有同步输出1040,800,520 nm三束飞秒激光的特点,为进一步开展飞秒激光相干合成以及光参量放大等研究提供了优势基础。     

皮秒激光泵浦的亚10fs钛宝石激光器

研制了高稳定Nd∶YVO_4皮秒激光振荡器,并在15 W、808nm激光泵浦下得到6 W的连续锁模皮秒激光输出,光-光效率为40%.对该皮秒激光进行单通放大后得到14 W的基频光输出,倍频后可以得到7 W的532nm皮秒激光,用作钛宝石振荡器的泵浦源.在4.5 W的皮秒532nm激光泵浦下,结合腔外压缩,得到了脉宽为9.4fs、平均功率为150mW的脉冲序列输出.调节钛宝石振荡器的腔长使其与皮秒振荡器的腔长一致时,可实现自触发克尔透镜锁模.实验结果表明皮秒激光泵浦可以有效地触发钛宝石激光器的自动锁模,输出飞秒脉冲序列.     

采用环形再生腔结构的飞秒激光啁啾脉冲放大研究

采用环形再生腔结构的啁啾脉冲放大技术方案, 在重复频率100 Hz,单脉冲能量33.1 mJ的532 nm激光抽运下, 从钛宝石激光中获得了单脉冲能量9.84 mJ的放大输出, 对应的斜效率达33.1%.在重复频率10 Hz的情况下, 同样获得了单脉冲能量为9.64 mJ, 对应斜效率达36.8%的高效率放大结果. 通过色散补偿压缩该啁啾激光脉冲后的单脉冲能量为6.36 mJ, 脉冲宽度为59.7 fs. 测量结果表明典型的能量不稳定度为1.85%. 关键词： 啁啾脉冲放大 再生放大 飞秒激光 环形腔     

两级钛宝石激光系统放大实验

 用两级多程放大构型进行了钛宝石脉冲激光的多程预放大和功率放大实验, 以倍频YAG为泵浦源, 当注入光能量为1nJ时输出脉冲能量达23mJ, 放大总增益大于10⁷。     

大口径掺钛蓝宝石晶体放大的实验研究

 分析了口径为80 mm的钛宝石晶体内的增益特性,对大口径钛宝石晶体中的泵浦光能量密度和泵浦光口径进行了优化设计。对于80 mm×17 mm的晶体,最佳工作光束口径为55 mm,泵浦能量为50 J;对于80 mm×30 mm的晶体,最佳工作光束口径为60 mm,泵浦能量为90 J,且其横向小信号增益远小于80 mm×17 mm晶体的。对影响大口径钛宝石晶体放大的横向放大自发辐射（ASE）和寄生振荡采用折射率匹配的包边技术进行了抑制。实验表明,该方法把允许横向增益从13提高到了2 100。实验系统为100 J绿光台面泵浦激光器,100 TW主放大器采用四程空间构型放大光路。80 mm×17 mm钛宝石晶体c轴水平放置,泵浦光和主激光均为水平偏振。当以泵浦光能量为49 J对主放大器进行双端泵浦,注入信号光能量为1.2 J,光束口径60 mm时,获得了14.2 J的放大光输出和286 TW的最高峰值功率。     

A compact Ti:sapphire femtosecond pulse amplifier without stretcher at high repetition rate

We report a simple approach to amplify Ti:sapphire femtosecond pulses to moderate energy levels by achirped regenerative amplifier. The seed pulses are broaden naturally because of the material dispersionof system components in regenerative cavity. The off-focusing Ti:sapphire crystal avoids effectively theoptical damage. It sustains amplification over a wavelength range from 775 nm to more than 810 nmwith a birefringent filter and an oscillation bandwidth of 7.7 nm, and produces 2.1 ps chirped outputpulse energy of 100μJ at 1.1-mJ pumping energy. This system shows good performances in stability andefficiency with the benefits of two thin-film polarizers and TEM00 mode pumping laser.     

输出能量4mJ的1kHz飞秒掺钛蓝宝石激光再生放大研究

针对高能量千赫兹重复频率飞秒激光的应用需求,设计了一套采用线性再生腔结构的高效率飞秒钛宝石激光啁啾脉冲放大系统.通过优化腔型设计,在重复频率为1 kHz、单脉冲能量为20 mJ的527 nm激光抽运下,将展宽后的800 nm啁啾脉冲激光的能量放大到5.8 mJ,对应斜效率达到30.7%.进一步通过色散补偿压缩脉冲宽度,获得了单脉冲能量为4 mJ、脉冲宽度为45.7 fs的输出,稳定性测量表明激光的能量抖动仅为0.18%(均方根值).     

可编程声光色散滤波器在10 Hz飞秒再生放大系统中的应用

报道了在10 Hz飞秒再生放大超快激光系统中,运用可编程声光色散滤波器(AOPDF)对注入再生放大的种子光进行频谱整形和色散预补偿,使钛宝石激光系统输出光脉冲谱线半峰全宽由原来的38 nm展宽到66 nm,压缩后输出脉冲宽度从35 fs减小到20 fs。实验结果表明,利用可编程声光色散滤波器能够同时独立进行光谱整形和大范围内色散补偿的特性,可以有效抑制啁啾脉冲放大过程中存在的谱线增益窄化效应,补偿钛宝石激光系统中存在的残留色散。这为进一步研制小于20 fs,10 TW量级钛宝石激光系统奠定了基础。     

An Ultra-Broadband Spatially Dispersed Regenerative Amplifier Free from Spatial Chirp

An ultra-broadband Ti：sapphire regenerative amplifier based on spatially dispersed amplification is demonstrated experimentally. Departing from previous reports, a new design of the cavity gets the amplified pulse free from spatial chirp. Utilizing this new regenerative amplifier, chirped pulses with bandwidth （FWHM） of about 80 nm are obtained, and the bandwidth is limited only by that of the incident seed pulses.     

Generation of high average power, 7.5-fs blue pulses at 5 kHz by adaptive phase control

The spectral width of a 5-kHz Ti:sapphire laser system was broadened by spectral control in a regenerative amplifier consisting of broadband chirped mirrors. The dispersion over the wide spectral range was compensated by a deformable mirror along with a genetic algorithm, resulting in a pulse width of 15 fs. The pulse width is the shortest, to our knowledge, in chirped pulse amplification systems with a regenerative amplifier. The phase distortion of broadband frequency doubling in addition to the Ti:sapphire laser was compensated by using the self-diffraction intensity in sapphire as the feedback signal into the genetic algorithm, resulting in a pulse width of 7.5 fs. The average power of the second harmonic was 1 W with a fundamental input of 7 W.     

An 11-fs, 5-kHz optical parametric/Ti:sapphire hybrid chirped pulse amplification system

We developed a noncollinear optical parametric/Ti:sapphire hybrid chirped pulse amplification system, which consists of a two-pass optical parametric amplifier and multipass Ti:sapphire amplifiers with adaptive phase control. The use of the parametric amplifier instead of a regenerative amplifier broadened the final spectrum significantly, resulting in 11-fs pulses with a peak power of 18 GW at 5 kHz. PACS 42.55.-f; 42.65.Re; 42.65.Yj     

钛宝石再生放大器1056nm波长稳定输出

讨论钛宝石再生放大器工作在１０５６ｎｍ波长时，获得稳定输出的条件，并在实验上成功地演示了稳定的放大脉冲输出，输出能量均方根起伏小于５％。     

腔内有双折射滤光片的激光实际线宽

在研制高效宽带增益激光非线性频率转化的实验中发现,由双折射滤光片透过率计算出的激光输出频谱宽度比激光器实际频谱宽度要大一个数量级左右.考虑到激光模式竞争和均匀增宽效应,理论上提出了一个精确计算激光器实际频谱线宽的模型.用该模型模拟的带不同厚度双折射滤光片的调Q运转钛宝石激光器的光谱宽度与实验结果一致,这为优化设计双折射滤光片及该类激光器提供了依据.