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。     

光脉冲传输的Volterra级数模型收敛性质的研究

利用级数收敛理论, 推导出了基于Volterra级数理论的非线性薛定谔方程(NLSE)半解析解的收敛性质的表达式, 得到了保证级数收敛所允许的光脉冲最大输入功率、传输距离和所用Volterra级数模型的阶数以及与光纤参数之间的关系。利用数值计算得到了在给定光纤参数的情况下, 使用不同阶数的Volterra级数时为保证级数收敛所允许的光脉冲最大输入功率和传输距离的关系曲线, 结果表明, 使用不同阶数的Volterra级数来描述光脉冲传输时, 与阶数相对应的为保证级数收敛所允许的光脉冲最大输入功率也不同, 同时脉冲的宽度和光纤的色散都对为保证级数收敛所允许的光脉冲最大输入功率有影响。     

532nm多脉冲光辐照人活体皮肤黑色素的热响应

脉冲光与皮肤组织的选择性光热解效应(Selective photothermolysis)在皮肤病损激光治疗中具有广泛应用。在相同参数光辐照下,个体皮肤温度场分布差异主要源于表皮黑色素含量不同。针对皮肤表皮黑色素含量差异,实验研究了532nm多脉冲光与不同个体黄色人种皮肤黑色素的热响应。提出了在无损光剂量辐照下基于脉冲光热辐射度量术(PPTR)确定黄色人种个体皮肤表皮光学吸收系数的方法,并比较了不同参数光辐照下皮肤热响应的数值模拟和实验结果。研究结果表明皮肤热响应的数值模拟和实验结果具有较好的一致性,因而这一方法对于优化选择个体皮肤光治疗辐照参数具有重要意义。     

静磁表面波对高斯光脉冲的衍射特性研究

研究了磁光薄膜波导中线性啁啾高斯光脉冲与单频连续静磁波共线作用,给出了水平磁化时基于静磁表面波的磁光耦合方程.分别采用解析法和数值法计算了1310 nm和1550 nm两种光波长入射时衍射光的压缩特性,两种求解方法得到的结果一致.计算表明,衍射光脉冲的半峰全宽(FWHM)随相位失配因子的频率变化率和啁啾系数的增大而减小;在给定的计算参数下,与1310 nm波长对应的衍射光脉冲具有较大的峰值强度,但1550 nm波长输入时可以获得更窄的衍射光脉冲,因而1550 nm光脉冲更适于作为磁光脉冲压缩的脉冲源.文章还分析了磁损耗对衍射光脉冲的光强和输出脉宽的影响,对于普通的磁光薄膜,损耗基本上不影响光脉冲压缩效果.     

受激布里渊散射光脉冲波形的研究

从实验和理论上研究了受激布里渊散射(SBS)光脉冲波形.在Nd∶YAG调Q激光器中实验研究了SBS光脉冲波形随抽运光参数、结构参数和介质参数的变化规律，并利用SBS理论模型进行了数值模拟，实验与数值模拟结果的变化趋势基本一致.结果表明，抽运光能量越小，透镜焦距越短，镜-池间距越长，介质声子寿命越长，SBS光脉冲波形就越不容易出现调制现象.分析和讨论了抽运光参数、结构参数和介质参数对SBS光脉冲波形的影响机理. 关键词： 受激布里渊散射 脉冲波形 抽运光参数 结构参数     

高斯光脉冲在非线性增益介质中的孤子特性

本文从理论上分析了高斯光脉冲在非线性增益介质中的传播特性,从而解释高斯光脉冲的压缩及展宽和形成光孤子的机理。用计算机模拟了不同参数的高斯光脉冲在非线性增益介质中的传播过程,并获得了脉宽沿传播方向变化的定量关系。结果表明,以不同能量向增益介质中注入高斯脉冲,有可能产生各阶光孤子,但由于增益的存在,光孤子的传输距离受到限制。     

脉冲波形对级联相敏放大器光传输系统性能的影响

研究了相敏光放大器（PSA）中抽运光和信号光之间存在相位漂移时,信号脉冲波形对级联相敏光放大器光纤通信系统传输性能的影响。通过系统仿真,得到了在不同的相位漂移下高速信号脉冲眼图劣化度随光纤色散变化的曲线,以及在给定的光纤色散下放大器有相移与无相移时信号眼图劣化度随信号脉冲指数变化的曲线。由仿真结果可知,脉冲波形不同对系统性能的影响亦不同。采用超高斯脉冲的系统性能优于采用高斯脉冲,耐用超高斯脉冲指数存在最佳值。     

F－P滤波窗在半导体光孤子源中的作用

利用光谱窗滤波法对增益开关半导体激光器输出光脉冲消啁啾进行了理论分析，在线性啁啾近似下得到了啁啾光脉冲经Ｆ－Ｐ后的谱宽表达式，给出了经Ｆ－Ｐ后光脉冲的宽度、波形以及自相关测量时的波形因子与Ｆ－Ｐ参数的关系曲线．实验结果与理论分析基本一致．     

F—P滤波窗在半导体光孤子源中的作用

利用光谱窗滤波法对增益开关半导体激光器输出光脉冲消啁啾进行了理论分析，在线性啁啾近似下得到了啁啾光脉冲经Ｆ－Ｐ后的谱宽表达式，给出了经Ｆ－Ｐ后光脉冲的宽度，波形以及自相关测量时的波形因子与Ｆ－Ｐ参数的关和纱曲线，实验结果与理论分析基本一致。     

超短光脉冲波形对门模单光子探测的影响

采用两种不同的皮秒光脉冲波形进行了门模单光子探测实验.测量了单光子探测效率随探测器和超短脉冲光源之间的同步延迟细微调节时的变化曲线.结果表明：光脉冲波形直接影响光子到达时间与门脉冲时间窗口之间的精确同步和探测效率,使用其中一种脉宽较短的皮秒光脉冲时探测效率比使用另一种脉冲提高了约9%.     

能量啁啾电子束自由电子激光放大啁啾脉冲

 提出采用具有能量啁啾电子束的自由电子激光放大器放大啁啾脉冲,分析说明了它的工作机理和滑移现象对其的影响。采用研制的1维非定态程序GOFEL-P,对能量啁啾自由电子激光放大器放大啁啾脉冲的过程进行了数值模拟和分析,计算了不同啁啾参数的脉冲被放大后的腔外压缩情况。结果表明：与单能电子束时相比,能量啁啾自由电子激光可以放大具有更大啁啾参数的啁啾脉冲,使压缩后的脉冲峰值功率增大至568 GW,脉冲宽度缩短至2.29 fs,大幅增强自由电子激光放大啁啾脉冲以及腔外压缩脉冲的效果。     

Parameter design considerations for an oscillator IR-FEL

An infrared oscillator FEL user facility will be built at the National Synchrotron Radiation Laboratory at in Hefei, China. In this paper, the parameter design of the oscillator FEL is discussed, and some original relevant approaches and expressions are presented. Analytic formulae are used to estimate the optical field gain and saturation power for the preliminary design. By considering both physical and technical constraints, the relation of the deflection parameter K to the undulator period is analyzed. This helps us to determine the ranges of the magnetic pole gap,the electron energy and the radiation wavelength. The relations and design of the optical resonator parameters are analyzed. Using dimensionless quantities, the interdependences between the radii of curvature of the resonator mirror and the various parameters of the optical resonator are clearly demonstrated. The effect of the parallel-plate waveguide is analyzed for the far-infrared oscillator FEL. The condition of the necessity of using a waveguide and the modified filling factor in the case of the waveguide are given, respectively.     

Partial-coherence method to model experimental free-electron laser pulse statistics

A general numerical approach is described that allows obtaining model sets of temporal pulse shapes of free-electron lasers (FELs) operating in the self-amplified spontaneous emission mode. Based on a random partial-coherence approach, sets of pulse shapes can be calculated that satisfy statistical criteria of FEL light predicted by established FEL theory. Importantly, the numerically retrieved sets of pulses reproduce the experimentally accessible FEL light characteristics as measured at the Free-electron LASer at Hamburg (FLASH), such as the average spectrum, single-shot spectral shape, and pulse duration. The high-precision agreement with the experimental average spectral shape, without further knowledge of FEL machine parameters, makes this approach a convenient tool for the analysis and theoretical modeling of nonlinear optical or pump-probe experiments with FEL light.     

远红外自由电子激光器脉冲结构

 采用整体数值模拟方法，研究了中物院远红外自由电子激光装置的起振和脉冲结构。给出了为克服激光呆滞效应起振所需的腔长失谐值，腔长调节精度和调节范围。预计了装置的增益、功率、脉冲宽度和谱线宽度等重要参量。研究了不同腔长失谐值下光脉冲结构的变化。     

Performance study of a soft X-ray harmonic generation FEL seeded with an EUV laser pulse

The performance of a free electron laser (FEL) using a low-power extreme ultraviolet (EUV) pulse as an input seed is investigated. The parameters are appropriate for 30 nm seeds produced from high-power Ti:Sapphire pulses using high harmonic generation schemes. It is found that, for reasonable beam parameters, robust FEL performance can be obtained. Both time-independent and time-dependent simulations are performed for varying system parameters using the GENESIS simulation code. A comparison is made with a two-stage harmonic FEL that is seeded by a high-power Ti:Sapphire pulse.     

FEL光学速调管的升级性能分析

通过三维磁场的有限元计算,给出了自由电子激光（FEL）研究用光学速调管升级后的磁参数。国家同步辐射实验室合肥光源（HLS）电子储存环能量可以日常运行在200～800 MeV间,为了与电子储存环能量匹配,并在较高束电子能量下进行实验和得到较多的相干辐射光子,光学速调管从原来的对称结构升级成非对称结构,用于HLS储存环谐波产生FEL实验。给出了升级后非对称光学速调管的几组匹配磁参数,用于在HLS储存环注入能量和可以运行的最高能量下进行谐波FEL实验。初步计算表明,HLS 储存环电子束性能优越,能散很低,FEL实验用最高能散仅为2.05×10-4,相应FEL辐射的能散修正因子在0.96以上,可以忽略不计。     

自由电子激光放大啁啾脉冲的数值模拟

 利用1维非定态程序对单程自由电子激光(FEL)放大器放大线性啁啾脉冲的过程进行了数值模拟,得到了不同啁啾参数的脉冲通过FEL放大器的增益曲线,计算了不同啁啾参数的脉冲被单程FEL放大器放大后的腔外压缩情况。通过对数值模拟结果的定性分析得出：影响输出脉冲宽度和峰值功率的主要因素是FEL放大器的增益线宽和啁啾参数,并以此说明,通过先使用FEL放大器放大啁啾脉冲、然后再将其在腔外压缩的方法产生超短脉冲FEL是可行的。     

Two-color facility based on a broadly tunable infrared free-electron laser and a subpicosecond-synchronized 10-fs-Ti:sapphire laser

Subpicosecond synchronization between a mirror-dispersion-controlled 10-fs Ti:sapphire laser and the Free-Electron Laser for Infrared Experiments has been achieved. The measured intensity cross correlation between the two lasers is consistent with a jitter of only 400 fs rms. The wide and continuous tunability of the free-electron laser (FEL; 4.2-300mum) combined with ultrashort pulse duration of six optical cycles and high pulse energy of several tens of microjoules makes a series of two-color experiments possible in a previously inaccessible wavelength range. We demonstrate these capabilities by performing a two-color pump-probe experiment to study carrier cooling in GaAs. A FEL tuned from 8 to 17mum is used as the pump, and a synchronized Ti:sapphire laser pulse serves as the probe.     

Generation of a self-chirped few-cycle optical pulse in a FEL oscillator

We study the generation of a self-chirped optical pulse in a free-electron laser (FEL) oscillator. In a high-gain FEL oscillator, the frequency chirp is induced in the slippage region as a result of superradiant FEL resonance, and this time-frequency correlation evolves continuously into a few-cycle regime, if the optical cavity length is perfectly synchronized to the electron bunch interval. Numerical simulations based on the slowly evolving wave approximation and experimental results are presented.     

100 μm FEL受激辐射光学诊断

 给出了基于L波段射频直线加速器运行的100 μm FEL自发辐射与受激辐射实验的光学诊断结果，简要介绍了100 μm FEL的光腔准直系统。针对100 μm FEL实验研究的基本要求，对辐射信号的波长光谱、功率能量和脉冲结构等主要参数进行了测量诊断。利用远红外光栅谱仪和锗掺镓光电探测器组成的测量系统，对辐射光的宏脉冲信号进行分光，测量得到了辐射光信号的波长光谱和宏脉冲波形，测得受激辐射中心波长约为115 μm；利用标定过的锗掺镓探测器对辐射信号的功率能量进行了测量，测得单个宏脉冲的功率约为mW量级，能量为nJ量级。