神光-III激光装置时标激光和任意反射面速度干涉仪探针光源产生技术

在惯性约束聚变研究中, 时标激光是对物理诊断数据进行分析的重要时间标尺, 而任意反射面速度干涉仪(VISAR)光源则是冲击波精密诊断必不可少的探针光源. 通过对物理需求的分析, 提出对时标激光与VISAR光源共用脉冲产生单元, 采用时分复用技术实现二者在同一台幅度调制器上的精密整形, 经1×2分束后再通过声光开关进行选择输出, 从而降低了系统造价, 便于集中控制. 采用了脉冲稳偏、高稳定空间放大、高精度温控谐波转换技术及可快速插拔精密复位的光纤耦合和传能技术, 实现了时标和VISAR光源脉冲的高稳定输出. 研制的时标激光系统可产生与主激光高精度同步的12路二倍频、4路三倍频时标信号, 为神光-III激光装置物理实验提供了重要的时间基准. 产生的VISAR光源脉冲在经过光纤系统和Nd: YAG棒状放大器后, 通过温控LBO晶体倍频, 然后经1 mm芯径的多模传能光纤传输至成像型VISAR系统, 为物理实验提供了单纵模、高亮度、可精密整形的脉冲激光. 系统已用于VISAR诊断物理实验, 获得了完整的冲击加载、减速的图像, 从而为冲击波调速及相关高压物理实验提供了可靠的技术手段.     

神光-Ⅲ激光装置时标激光和任意反射面速度干涉仪探针光源产生技术

在惯性约束聚变研究中,时标激光是对物理诊断数据进行分析的重要时间标尺,而任意反射面速度干涉仪(VISAR)光源则是冲击波精密诊断必不可少的探针光源.通过对物理需求的分析,提出对时标激光与VISAR光源共用脉冲产生单元,采用时分复用技术实现二者在同一台幅度调制器上的精密整形,经1×2分束后再通过声光开关进行选择输出,从而降低了系统造价,便于集中控制.采用了脉冲稳偏、高稳定空间放大、高精度温控谐波转换技术及可快速插拔精密复位的光纤耦合和传能技术,实现了时标和VISAR光源脉冲的高稳定输出.研制的时标激光系统可产生与主激光高精度同步的12路二倍频、4路三倍频时标信号,为神光-III激光装置物理实验提供了重要的时间基准.产生的VISAR光源脉冲在经过光纤系统和Nd:YAG棒状放大器后,通过温控LBO晶体倍频,然后经1 mm芯径的多模传能光纤传输至成像型VISAR系统,为物理实验提供了单纵模、高亮度、可精密整形的脉冲激光.系统已用于VISAR诊断物理实验,获得了完整的冲击加载、减速的图像,从而为冲击波调速及相关高压物理实验提供了可靠的技术手段.     

一种基于电光调制光频梳光谱干涉的绝对测距方法

提出了一种基于电光调制光学频率梳的光谱干涉测距方法.理论分析了电光调制光学频率梳的数学模型和光谱扩展原理,并分析得出了光谱干涉测距方法的非模糊范围和分辨力的影响因素.在实验中,使用三只级联的电光相位调制器调制单频连续波激光生成了40多阶高功率梳齿状边带,并通过单模光纤和高非线性光纤对电光调制器输出的激光进行光谱扩展,得到重复频率为10 GHz,光谱宽度达30 nm的光学频率梳.将该光频梳作为光谱干涉测距装置的光源,可以实现无"死区"的绝对距离测量.另外,使用等频率间隔重采样和二次方程脉冲峰值拟合算法对测量结果进行数据处理,可以修正系统误差,提升测距精度.实验结果表明,在1 m的测量范围内,使用该装置可以在任意位置达到±15μm以内的绝对测距精度.     

覆盖可见光波长的掺Er光纤飞秒光学频率梳

飞秒光学频率梳波长覆盖范围向可见光波长扩展对于碘稳频激光的绝对频率测量以及光钟研究中钟激光的绝对频率测量都具有十分重要的意义. 本文在自行研制掺Er光纤飞秒光学频率梳的基础上, 采用放大-倍频-扩谱的方案, 实现了激光输出波长向可见光波长的扩展. 掺Er光纤飞秒光学频率梳输出的一部分光激光脉冲, 功率约为8 mW, 首先经掺Er光纤放大器将功率提高到531 mW, 此后利用MgO: PPLN晶体倍频, 倍频后激光的功率为170 mW, 倍频效率为32%, 脉冲宽度为85 fs. 倍频后的激光通过光子晶体光纤进行光谱展宽. 通过优化入射光偏振状态可以实现波长覆盖500-1000 nm, 输出功率为85 mW, 耦合效率为50%. 采用小型化碘稳频532 nm Nd: YAG激光器输出激光与光学频率梳光谱展宽后的激光进行拍频可以获得30 dB的拍频信号. 覆盖可见光波长的掺Er光纤飞秒光学频率梳为可见光范围内激光的绝对频率测量提供了技术手段.     

X射线条纹相机紫外光时标研究

 报导了一种采用超短紫外光脉冲作为X 射线条纹相机时标系统的方法。时标光脉冲来自用多模石英光纤耦合的波长为1.06μm 四倍频超短紫外光脉冲激光系统。时标光脉冲与打靶产生的X 射线均被X 射线条纹相机接收, 以用来测定激光打靶时X 射线产生的相对时间关系或相机之间同步的时间关系。实验得到通过光纤引导的时标光脉冲宽度约为30ps。     

全光纤多种子激光脉冲产生系统

报道一种可精确同步输出宽带啁啾脉冲、纳秒级整形脉冲以及窄带光参量啁啾放大抽运脉冲的全光纤多种子激光脉冲产生系统.采用掺镱光纤锁模激光器和掺镱单纵模光纤振荡器作为系统的光源,将掺镱光纤锁模激光器输出的超短脉冲分束啁啾展宽至0.9ns后,一路进行放大产生10μJ量级的宽带啁啾脉冲为高能拍瓦激光器系统提供种子光脉冲,另一路通过1.2nm滤波产生140ps的基元脉冲,通过光纤堆积器产生可编程整形的2.3ns脉冲,再经过放大达到10μJ量级,提供任意整形的压缩脉冲.同时,将部分掺镱光纤锁模激光器输出的超短脉冲进行光电转换并锁相后,产生与锁模超短脉冲高精度同步的电脉冲用于触发幅度调制器,将掺镱单纵模光纤振荡器输出的连续光削波放大,产生光参量啁啾放大抽运脉冲.该系统能够根据物理实验的需要,非常灵活地在输出各种脉冲之间做出选择.     

互注入锁定产生双波长可调谐光脉冲的实验研究

报道了两个增益开关调制的法布里-珀罗半导体激光器互注入锁定实验方案,可产生双波长可调谐光脉冲。该装置对两个结构基本相同的法布里珀罗半导体激光器做增益开关调制,产生多模光脉冲输出;然后利用两个光纤光栅作为滤波元件,通过调节可调谐光延迟线(VODL2),可使得双波长光脉冲在两个法布里-珀罗激光器之间相互注入锁定．从而在输出端得到高边模抑制比的双波长光脉冲输出。然后再通过应力作用在两个光纤光栅上以改变它们的反射波长和适当调整另一个可调谐光延迟线(VODLI)长度．可得到不同的双波长的光脉冲输出,而重复频率保持524．6MHz不变。在13．2nm调谐范围内边模抑制比高于25dB．系统稳定且波长调节方便。     

KGW晶体外腔式高功率579nm喇曼黄光激光器

报道了579nm高功率KGd(WO4)2喇曼晶体外腔式喇曼黄光激光器的输出特性.基于808nm脉冲激光二极管侧面泵浦Nd∶YAG陶瓷、腔内BBO电光晶体同步延迟调Q和Ⅰ类临界相位匹配的LBO晶体腔外倍频方案,并通过外腔式KGW晶体Ng轴二阶斯托克斯喇曼频移,获得了579.54nm黄光激光输出.当脉冲信号重复频率为1kHz、532nm泵浦光最高平均功率为5.02W、脉冲宽度为10.1ns时,获得了最高平均功率2.58 W、脉冲宽度7.4ns、峰值功率348.6kW的579.54nm二阶斯托克斯喇曼黄光激光输出;532nm至579.54nm的光-光转化效率为51.4%、斜率效率为54.8%,光束质量因子Mx2-579.54=5.829、My2-579.54=6.336,输出功率不稳定性小于±2.35%.实验表明:外腔式喇曼结构能够高效地获得喇曼黄光,具有很高的光-光转化效率及良好的功率稳定性,并通过脉冲LD结合同步延迟电光调Q可获得高重复频率、高平均功率、窄脉冲宽度和高峰值功率的黄光激光输出.     

用于激光聚变驱动器的全光纤、全固化光脉冲产生系统

报道一种全固化、全光纤的用于高功率激光驱动的惯性约束聚变驱动器的光脉冲产生系统,采用单纵模振荡器输出连续激光信号,经过相位调制器和振幅调制器,得到一个时间波形上已整形且具有一定带宽(约0.1 nm)的激光脉冲,经光纤放大器放大并经光纤分束器分束后同时输出四路激光脉冲,各路激光脉冲先通过时间同步调整单元精确控制时间同步关系后,经可编程光纤衰减器调节各路之间的功率平衡后再通过光纤放大器做进一步放大并通过150 m光纤传输输出至预放系统.该光纤系统可输出0.3—20 ns、带宽0.1 nm、能量数纳焦的几乎任意 关键词： 激光聚变驱动器 前端 光纤激光系统     

面向Li原子D1线频率测量应用的掺铒飞秒光纤光梳系统

报道了自主研制的面向Li原子D1线频率测量应用的掺铒飞秒光纤光学频率梳,包括飞秒激光源,频率探测及控制单元,光谱展宽及拍频单元.光纤光梳系统中飞秒激光光源是一套基于非线性偏振旋转锁模机制的掺铒飞秒光纤激光器,重复频率为196.5MHz,中心波长为1 572nm.利用f-2f法探测载波包络相移频率,获得信噪比约为40dB的信号(分辨率带宽300kHz).改变飞秒激光光源泵浦控制载波包络相移频率、频率稳定度是3.74×10-18/τ1/2;通过电光晶体和压电陶瓷改变飞秒激光光源腔长来控制重复频率frep、频率稳定度是1.75×10-13/τ1/2.利用高非线性光纤和倍频晶体将光纤光梳直接输出光谱由1 520～1 607nm扩展到671nm,获得了单模功率为208nW的光信号.与671nm单频激光拍频产生约为60dB(分辨率带宽1Hz)信号,满足Li原子D1线频率测量实验的需求.     

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。     

100W全光纤化高重频窄脉宽光纤激光器

报道了一种基于主振荡功率放大结构工作的全光纤化高重复频率窄脉冲宽度光纤激光器.种子源是一个直接电脉冲调制的1 063 nm光纤耦合输出半导体激光器.为了抑制放大器中产生的放大自发辐射光,将种子激光的脉冲波形调制为二阶超高斯型.峰值功率为950 mW的半导体激光器经过2级大模场掺镱双包层光纤放大器(纤芯分别为10μm和30μm)功率放大后,最终获得了平均功率为101 W、重复频率为200 kHz、脉冲宽度为14.77 ns、峰值功率为34.2 kW、3 dB光谱宽度为0.261 nm、光束质量M~2为1.17的脉冲激光输出.与传统的纳秒级脉冲光纤激光器相比,该激光器峰值功率高、光束质量优、光谱宽度窄、结构简单,可广泛应用于激光雷达、遥感探测、倍频和光参量震荡等领域.     

掺镱硼酸钙氧钇飞秒激光器及在拉锥光纤中产生跨倍频程超连续光

跨倍频程超连续光谱的产生是光学频率梳系统中测量载波包络相移频率的关键.本文采用拉锥单模光纤作为非线性光谱展宽介质, 将半导体激光(LD)抽运的掺镱硼酸钙氧钇(Yb:YCOB)振荡器输出的飞秒激光耦合到该拉锥光纤中, 通过飞秒激光在光纤中发生的相位调制、四波混频等非线性效应将光谱展宽至超过倍频程的范围.振荡器输出的飞秒激光脉冲宽度为130 fs, 中心波长为1052 nm, 重复频率为76.8 MHz, 平均功率为620 mW, 耦合进单模拉锥光纤后获得了光谱覆盖范围从550 nm至1350 nm的跨倍频程超连续光谱, 最大输出平均功率为323 mW, 耦合效率达到52%.为进一步实现全固态飞秒激光光学频率梳提供了重要基础.     

KGW 晶体外腔式高功率579 nm喇曼黄光激光器

报道了579 nm高功率KGd(WO₄)₂喇曼晶体外腔式喇曼黄光激光器的输出特性.基于808 nm脉冲激光二极管侧面泵浦Nd:YAG陶瓷、腔内BBO电光晶体同步延迟调Q和Ⅰ类临界相位匹配的LBO晶体腔外倍频方案,并通过外腔式KGW晶体Ng轴二阶斯托克斯喇曼频移,获得了579.54 nm黄光激光输出.当脉冲信号重复频率为1 kHz、532 nm泵浦光最高平均功率为5.02 W、脉冲宽度为10.1 ns时,获得了最高平均功率2.58 W、脉冲宽度7.4 ns、峰值功率348.6 kW的579.54 nm二阶斯托克斯喇曼黄光激光输出;532 nm至579.54 nm的光-光转化效率为51.4%、斜率效率为54.8%,光束质量因子M_x-579.54²=5.829、M_y-579.54²=6.336,输出功率不稳定性小于±2.35%.实验表明:外腔式喇曼结构能够高效地获得喇曼黄光,具有很高的光-光转化效率及良好的功率稳定性,并通过脉冲LD结合同步延迟电光调Q可获得高重复频率、高平均功率、窄脉冲宽度和高峰值功率的黄光激光输出.     

基于时分复用技术的甚多束光脉冲产生系统

提出了一种基于时分复用技术的全光纤、全固化的用于惯性约束聚变驱动器的甚多路光脉冲产生系统.系统中采用单纵模振荡器输出连续激光信号,利用时分复用技术结合高速电光调制技术实现序列脉冲的产生和甚多束脉冲的独立整形.采用偏振无关的声光调制技术实现甚多束脉冲的独立输出.每个序列脉冲包含8个子脉冲,子脉冲间隔设置为120ns,对子脉冲独立整形和选单后将其传输放大至微焦耳量级输出.实验成功验证了采用时分复用技术完全可以实现序列脉冲输出,各子脉冲可以独立任意整形且最后的单束输出能量为1.275μJ.     

基于多光子脉冲内干涉相位扫描法对飞秒激光脉冲进行相位测量和补偿的研究

研制了一套基于多光子脉冲内干涉相位扫描方法的可以同时对飞秒激光脉冲进行相位测量和补偿的实验系统装置.实验中,通过自主研发的LabVIEW程序控制液晶空间光调制器和光纤光谱仪,对待测飞秒激光脉冲施加相位扫描,并同时记录受到调制的飞秒激光脉冲的倍频光谱,得到了多光子脉冲内干涉相位扫描(MIIPS)轨迹图.通过MIIPS轨迹图的三次测量和迭代运算,还原出了经过预先啁啾调制的中心波长约为810 nm、重复频率为1 kHz的飞秒激光脉冲的光谱相位,测量精度在0.1 rad以内.根据测量结果,利用液晶空间光调制器对该飞秒激光脉冲进行相位补偿,得到了近似傅里叶变换极限的飞秒激光脉冲.这一装置将在多光子显微成像、脉冲整形、飞秒激光光谱学等众多领域发挥重要作用.     

基于啁啾脉冲放大技术的2W光纤绿光飞秒激光器

绿光波段的飞秒激光一般使用钛蓝宝石飞秒激光器通过倍频产生,但是钛蓝宝石激光器价格高昂,且其固体体制稳定性较差,限制了飞秒绿光激光器的使用范围。采用基于SESAM被动锁模的光纤飞秒种子源和啁啾脉冲放大（Chirped Pulse Amplification,CPA）技术产生1 030 nm的基频光,经过压缩倍频后,实现了脉宽357 fs、平均功率2.187 W的515nm飞秒激光输出。该飞秒激光器具备基频光与倍频光双波长切换输出的能力,且具有体积紧凑、脉冲稳定、转换效率较高、光束质量良好的优势,可作为超快激光加工系统的光源。     

高功率高重复频率多波长飞秒激光系统的研究

以大模场面积光子晶体光纤飞秒激光系统为基频光源,利用非线性频率上转换的方法,获得了高功率高重复频率多波长的飞秒激光脉冲.理论分析并实验验证了聚焦透镜的焦距对倍频光横向模场分布的影响,透镜焦距越长,模场质量越好.在基频光平均功率为218 W,脉冲宽度为110 fs,重复频率为50 MHz的条件下,经过二倍频、三倍频和四倍频获得波长分别为520,347和261 nm的飞秒激光,其平均功率分别达105,47和214 W.二倍频和三倍频的转换效率分别为482%和216%,二倍频到四倍频的转换效率为20 关键词： 超快光学 紫外飞秒激光 频率上转换 光子晶体光纤激光器     

基于液晶空间光调制器的脉冲整形系统校准及应用

搭建了反射式光脉冲整形系统,通过改变加载到液晶空间光调制器各像素点的调制电压,测定系统分辨率及调制电压与输出信号光强和相位变化的关系,并对液晶空间光调制器进行校准.实验结果表明:光强随调制电压周期变化,相位随调制电压非线性变化;系统分辨率为10GHz,像素调制间隔为0.08nm,即能够实现对频率间隔10GHz的光信号的调制.应用该系统,以谱线间隔为10GHz的光学频率梳为信号源,对脉冲频谱进行整形,产生了平坦、高斯型、三角、倒三角及光学频率梳信号.     

超短激光脉冲调制上转换放大

在超短激光脉冲倍频过程中，由于调制不稳定性而产生多色圆锥辐射. 在多色圆锥辐射的任 意方向上同步注入一束宽带种子光，可以得到相应频率的调制上转换放大. 放大的光脉冲的 中心波长在500 nm时单脉冲能量最大可至150 μJ并且具有60 nm的频谱宽度. 通过改变种子 光的入射角度而实现上转换放大中心波长的连续调谐，范围约为290 nm. 关键词： 调制上转换放大 调制不稳定性 多色圆锥辐射