飞秒激光脉冲掺Er3+光纤放大过程中的高阶孤子压缩效应与增益特性的实验研究 *

报道1 .531 μm飞秒激光脉冲在掺Er³⁺光纤放大器放大过程中产生高阶孤子压缩效应和增益特性的实验研究结果 .采用同向泵浦方式下 ,平均功率146 μW、脉宽480fs的种子光脉冲通过6m长高浓度掺Er³⁺光纤放大后光脉冲宽度压缩为260fs,平均输出功率14.5mW ,对应的单脉冲能量约0.691 nJ ,峰值功率2657.7W ,重复率20.84MHz,同时光谱发生分裂 ;而经过 3m长掺Er³⁺光纤放大后光脉冲的光谱在不同泵浦功率点保持单峰 .实验中还测量到在逆向泵浦下 ,放大后的光脉冲随泵浦激光功率的增加 ,脉宽呈现出反常压缩状态 ,即光脉冲先随泵浦激光功率的增加而压缩 ,当泵浦激光功率为38mW时 ,放大后光脉冲宽度达到最短309fs,接着随泵浦激光功率的增大 ,放大后的光脉冲宽度呈展宽趋势 ,而在不同泵浦激光功率点 ,放大后光脉冲的光谱保持单峰结构 .     

钛宝石飞秒激光脉冲的产生和高重复率放大及压缩实验研究

国内首次完成的高重复率掺钛蓝宝石(简称钛宝石)飞秒激光脉冲的产生和放大实验研究工作,用自行设计的钛宝石激光器实现了最短脉宽为 15 fs、谱宽为 80nm、平均输出功率为 200mW的自锁模脉冲的稳定输出,以此作为种子脉冲,在钛宝石放大器中采用啁啾脉冲再生放大技术,经展宽、放大、压缩后获得重复率 5 kHz、单脉冲能量大于100μJ、脉宽小于50fs的超短脉冲.文中就该系统的设计及实验结果进行了分析和讨论.     

输出2TW/45fs的掺钛蓝宝石超短脉冲强激光系统

建立了一套基于啁啾脉冲放大技术,输出峰值功率达到2.8TW的掺钛蓝宝石激光系统。压缩脉冲的中心波长为785nm,能量为120mJ,脉冲宽度43.3fs,能量稳定性±5%,输出的光束质量M~2<1.5,脉冲重复频率10Hz,运转稳定可靠。整套激光系统实现了小型化,占用的光学平台不足10m²。     

飞秒放大系统中振荡级自启动的动力学过程研究

利用低损耗宽带半导体可饱和吸收镜(SESAM),实现了飞秒太瓦(10¹²W)激光放大系统的自启动及其稳定运转.研究了SESAM锁模自启动动力学过程及其由温度效应引起的波长位移现象.由放大系统输出脉冲宽度为37.5 fs,峰值功率1.6 TW,信号与ASE的功率比达10^7.     

光电导控制激光器锁模、选频、调Q和同步

本文利用GaAs光电导开关电阻随照射光强线性减少的特性,首次研制成高灵敏度、超快激光正负反馈迴路,在此基础上实现了YAG激光的锁模、自动跟踪选单纵模、调Q和使两台独立工作的激光器输出同步,同步精度达10^-9S。     

高效率太瓦级飞秒掺钛蓝宝石激光装置

以国产元件为主自行研制建立的一台超强超短掺钛蓝宝石激光装置. 通过飞秒脉冲振荡器、脉冲展宽器、预放大器等单元系统中的系列新设计,有效地减小了光谱窄化效应、种子脉冲展宽不足、材料色散等问题,在290 mJ的泵浦能量下,得到单脉冲能量36 mJ、压缩脉宽25 fs、 峰值功率大于1.4 TW、能量稳定度优于±3%的高强度激光脉冲.系统的主放大效率大于32%,占用尺寸不到3 m².     

光纤中RM对SRS相对强度的影响

本文将喇曼混频(RM)作为影响光纤中多级受激喇曼散射(SRS)的主要因素,进行了理论研究。在理论分析中,同时计入RM和高级SRS,并提出了一组包括九个波的耦合微分方程组,计算了直到十级的SRS的数值解。用YAG:Nd Q-开关激光器、脉冲染料激光器和多模GeO₂·SiO₂玻璃光纤,对由单波长和双波长激光激励的多级SRS的相对强度进行了实验研究。理论分析结果和实验结果一致。实验上所观测到的SRS光谱是由于同时存在SiO₂和GeO₂四面体的形变振动而产生的。它们的振动频率为1.3×10¹³和1.4×10¹³赫兹。     

光纤面板传输机理研究(Ⅰ)

光纤面板中元光纤是传递光信息的信道,元光纤特性对信息量传输有很大影响.本文建立了扩散型元光纤的物理模型——“三层结构光纤”,引入“过渡层模”的概念,推导出导模与过渡层模传输的本征方程,定义了元光纤传输效率与串光的表达式,并就几个低次模式计算了各种扩散情形、结构设计参数下的传输效率.结果表明:扩散过渡层的存在是影响光纤有效传输、造成串光的重要因素.     

飞秒全息选通透过肌肉组织成象

在国内首次实现了飞秒脉冲激光电子学全息选通透过肌肉组织成象 .采用自己研制的钛宝石锁模激光器为光源 ,其重复频率为100MHz ,中心波长为800nm ,脉冲宽度为20fs ,输出功率为80mW ,肌肉组织是7mm厚的鸡肉片 ,成象目标是直径为 0.5mm的金属丝 ,采用普通CCD记录全息图 ,获得了清晰的金属丝的图象 .文中就系统设计和图象处理等问题进行了讨论 .     

飞秒激光啁啾脉冲放大过程中的放大自发辐射及其抑制

通过系统的实验 ,研究了飞秒激光啁啾脉冲放大过程中的放大自发辐射(ASE)及其抑制 .利用ASE与放大信号光在空间、时间和频谱特性等方面存在的差异 ,有效地抑制了ASE对啁啾脉冲放大过程的影响 ,实现了 1 0 ⁶∶1的高信噪比放大 ,获得 38fs ,1 .4TW飞秒激光脉冲 .     

飞行光束聚焦特性

一般情况下,Gauss光束基模复参量q的ABCD定律对高阶模是不适用的.将某一特定谐振腔的Rayleigh长度Z_R取代q参量虚部的光斑尺寸w,q参量的ABCD定律可由Gauss光束基模推广到高阶模或几个模的叠加.从理论和实验上研究并比较了当聚焦镜作长距离飞行时理想光学谐振腔和实际高功率激光谐振腔输出的Gauss光束不同模式的远场聚焦特性,纠正了国内外部分学者对这一问题的误解.飞行光束聚焦特性的研究,对于飞行光学激光加工、光学飞行器、大型激光工程空间滤波器等应用领域具有重要研究价值.     

光折变材料KNSBN:Cu

本文系统报道了KNSBN:Cu晶体的生长和光折变性能,分析了铜离子影响光折变性能的机制。研究表明:由于铜离子在能隙中形成深能级,电子迁移率下降;同时,光折变有效电荷复合中心浓度增加,两波耦合增益系数增大到纯KNSBN晶体的两倍,光折变灵敏度达 10^-3cm²/J的数量级,而光折变性能受直流电场的影响减弱.KNSBSN:Cu晶体的自泵浦位相共轭反射率达65%,响应时间小于8s。     

GaAs颗粒镶嵌薄膜的非线性光学性质研究

采用单光束的Z扫描技术研究了GaAs颗粒镶嵌薄膜的非线性光吸收和非线性光折射特性,获得了增强的三阶光学非线性响应.实验测得的非线性折射率系数为 10^-3esu和非线性光吸收系数为10^-1cm/W量级.研究了产生饱和吸收时的光跃迁选择定则,观察到了饱和吸收现象和双激子态的双光子吸收现象,实现其饱和吸收和双光子吸收所需的辐射光强小于10⁴w/cm²结果表明:增强主要起源于量子限域效应,在强限域条件下,库仑作用效应被更强的限域作用所掩盖.GaAs颗粒表现出类似于二能级系统的光学非线性响应特征.     

飞秒激光等离子体的光学诊断

使用飞秒激光探针法,对飞秒激光等离子体膨胀过程进行了光学诊断.实验得到了不同时刻的等离子体阴影图和干涉图.大尺度环形自生磁场对等离子体产生了挤压,磁场的横向约束导致等离子体的宏观非对称性和jet结构.等离子体在纵向的膨胀尺度呈现t^1/2变化规律.     

软X射线激光增益实验研究

在中国科学院上海光机所的六路激光装置和LF12激光装置上成功地进行了复合泵浦软X射线激光增益实验。利用自制的一维空间分辨掠入射光栅光谱仪和针孔透射光栅光谱仪研究了线聚焦激光辐照平板靶产生的线状等离子体中铝和硅的类锂离子的自发发射放大(ASE)性能。测量了不同长度的线状等离子体的沿轴向发射的类锂铝和硅离子谱线的时间积分强度,结果证实类锂A¹⁰⁺离子的5f-3d跃迁(波长105.7)和Si¹¹⁺离子的5f-3d跃迁(波长88.9)、5d-3p跃迁(波长87.3)等谱线的强度随等离子体长度非线性增长,相应的增益系数分别为3.1±0.9,1.5±0.5和1.4±0.5cm^-1,最大增益长度乘积约为2.5。本实验是首次观察到类锂Si¹¹⁺离子的5f3-d和5d-3p跃迁的激光增益,X软射线激光波长已短于100。特别有意义的是,上述结果是在低的泵浦激光功率密度条件下取得的。研究表明,采用类锂复合机制,有可能在我们现有的激光驱动装置上将软X射线激光推进到“水窗”(43.8—23.3)波段。     

二氧化锗空芯光纤的研究

提出并建立了制造纯GeO₂空芯光纤的方法,研制的纯GeO₂空芯光纤的输出功率达到18W,损耗为1.23dB/m,论述了该光纤的传输激光能量的原理,探讨了光纤的传输损耗和应用领域.     

激光烧蚀La-Ca-Mn-O反应产物的角分辨和时间分辨质谱研究

研究了 5 32nm脉冲激光烧蚀La₂-O₃-CaO-MnO₂ 混合氧化物的反应 .在较高的激光能量密度下 ,烧蚀反应生成了高平动能的La ,Ca和Mn的离子、原子以及多种不同价态的金属氧化物 .由时间分辨质谱测得的飞行时间谱可用带质心速度的Maxwell-Boltzmann分布拟合 ,并由此得出Mn⁺离子的最可几平动能为 6 34eV ,Mn原子的最可几平动能为 0 .43eV .对烧蚀产物的角分布测定表明 ,Mn⁺离子的角分布可用cosⁿθ描述 ,而Mn原子的角分布遵循acosθ + ( 1 -a)cosⁿθ公式 .同时 ,对La-Ca-Mn-O的激光烧蚀反应机理进行了讨论 .     

金属基底上离子束辅助法生长高温超导薄膜

用离子束辅助的脉冲激光法,在多晶的金属基底上制备出了较高质量的具有双轴取向的钇稳定氧化锆(YSZ)缓冲层,缓冲层的平面内取向的最小半高宽为19°,垂直于膜面的取向的最小半高宽为4.5°.在其上外延生长的YBCO高温超导膜的临界电流J_c为2.1×10⁵A/cm²,临界转变温度T_c为90K.在优化沉积参数时发现了一些未曾报道的新现象,并分析了其原因.     

激光驱动NaF等离子体keV能区线谱X光转换效率

本文报道了LF-11 Nd-玻璃激光器件驱动NaF等离子体0.9—1.5nm线谱X光转换实验的理论工作。结果表明:激光(λ=1060nm)功率密度在1×10¹³—3.5×10¹³W/cm~2内变化时,0.2％<ε<1％。对ε随λ的变化也做了讨论。同时,将理论结果与实验做了比较。     

“双靶对接”高增益类Ne锗软X光激光实验研究

本文采用新颖的“双靶对接”技术,利用强度～1.2×10¹³W/cm²,波长1.053μm,脉宽～1ns的两路激光线聚焦辐照平面厚锗双靶,观察到波长为19.6,23.2,23.6,24.7和28.6nm的5根类Ne锗3p-3s跃迁谱线的放大。波长为23.2和23.6nm的谱线,增益长度积GL的值均超过13。对X光激光发射的发散角、折射角及时间特性等,也进行了实验现察,为深入了解X光激光的产生和传播,提供了有意义的信息。