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.     

飞秒激光与固体靶相互作用过程中真空加热机制

着重研究了飞秒激光在无预脉冲时与固体靶的相互作用过程. 实验和粒子模拟(PIC)研究表明, 在此条件下, 激光脉冲对等离子体的真空加热和逆轫致吸收是激光能量被吸收的主要机制. 实验中发现电子和X射线能谱均具有双温结构. 较低的电子温度可以归因于激光场对电子的驱动; 较高的电子温度则是由于激光诱导的电场对电子的加速造成的. 对PIC模拟获得的反射激光脉冲的频谱研究显示, 等离子体的密度标长很大程度上决定了激光吸收和电子加速的机制.     

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。     

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.     

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。     

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 .     

“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。     

高速激光作用下薄膜的瞬态温升过程及其非平衡热物理性质

本文报道了薄膜非平衡热物性实验研究工作的最新进展,建立了0.1μs脉冲二氧化碳激光高速加热系统、高速光电测长系统及高速红外辐射测温系统,测量系统响应时间可达0.1μs.应用此系统测量了室温范围微秒量级的温度变化过程,在此基础上测量了50μm薄膜的热扩散率,并且观测到瞬态激光加热后薄膜试样的瞬态温升与膨胀的不同步变化.     

5.4TW/46fs级台式钛宝石超短超强激光系统

报道实验室建立的一套基于啁啾脉冲放大技术的小型化台式钛宝石超短超强激光系统 ,激光脉冲输出的峰值功率达到 5 .4TW ,中心波长为 790nm ,脉宽 <46fs,单脉冲激光能量为 2 5 0mJ ,能量起伏 <± 3% ,重复频率为 1 0Hz等 .整个系统布置在 <1 0m2 的实验室台面上 .     

脉冲激光制备薄膜材料的机理

给出脉冲激光作用块状靶材的烧蚀模型.根据能量平衡原理,导出烧蚀面的位置随时间的变化关系.利用绝热近似、温度连续性条件和能量平衡原理来获得烧蚀面与固液相界面边界条件.结合热传导方程,利用精确解与积分近似法相结合的方案,给出固液两相的温度分布与时间和位置的变化关系,以及固液相界面的位置随时间的变化规律,并将理论结果与实验数据进行比较.由流体动力学理论,得出了脉冲激光产生的等离子体的空间输运方程,将此方程与靶材烧蚀率公式结合起来,根据实验数据研究了不同激光功率密度和波长对KTN(KTa_0.65Nb_0.35O₃)薄膜沉积特性的影响,得到了一些有价值的结果,并对结果进行了详细的讨论.     

单光子探测用于光子统计测量的研究

实验研究了通过记录每一个光子事件直接测量微弱脉冲激光(平均光子数 ≈0.1, 脉冲持续时间10 ns)的Mandel 参数. 在基于Hanbury-Brown-Twiss探测结构, 取样时间内每个单光子计数器最多探测到一个光子的情况下, 测量发现低于阈值电流工作的二极管激光呈Super-Poisson统计分布. 另外验证了工作于远高于阈值电流的二极管激光(强度噪声主要为散粒噪声)的Poisson分布相干态的Mandel 参数 Q_C约为- /2. 在测量误差内, 实验结果与理论分析一致.     

激光双Q调制巨脉冲理论

本文提出了一种在主动与被动Q开关同时作用下的激光巨脉冲理论;它的建立是在变率方程中不仅引入了可饱和吸收媒质的顶,同时还引入了时变开关函数。文中对双调制巨脉冲作了较全面的理论探讨,尝试解决若干具有实际意义的问题。 在所研究的问题中,我们确定了巨脉冲激光器的三个工作区域:1.单脉冲区;2.多脉冲区;3.截止区(在此区域内不出现任何脉冲),并用解析法导出了有关公式,针对典型的激光器参量绘出曲线,示出了对于三种不同区域马达转速和染料浓度的变化界限。 巨脉冲激光器的运转可以描述为三种工作状态:“高效”工作状态,在输出镜透过率取任意值时给出最大功率;“最佳”工作状态,在透过率取最佳值条件下,给出更高的功率;“普通”工作状态是指单脉冲工作,但不是最大功率输出。文中导出基本关系式,估计了为实现高效或最佳工作状态对系统参量所要求的量级。 本文建立的普遍理论,包括了单纯主动开关(马达转镜)和单纯被动开关(染料调Q)这两种特殊情形.设染料浓度或马达转速为零,则文中导出的全部公式分别适用于马达调Q激光器或染料调Q激光器。 本文的理论是建立在解析方法上,而不是依赖于计算机,附录中给出的计算机结果是为了检验解析理论的准确程度。     

超短脉冲激光与固体靶相互作用产生的超热电子的行为研究

用几种不同的实验方法系统地研究了超短脉冲激光与固体靶相互作用产生的超热电子的行为,发现在800 nm,5×10¹⁵ W/cm2的激光与固体靶相互作用时,由于共振吸收的作用使产生的超热电子呈空间定向发射,发射的方向与等离子体对激光能量的吸收密切相关,同时超热电子的发射也与超热电子的电子能量有关,能量越高发散角越小.超热电子的能谱显示超热电子的最大能量大于500 keV,能谱结构呈双温Maxwell分布.     

复合泵浦类锂硅离子软X射线激光

本文给出了最近在上海光学精密机械研究所LF12激光装置上完成的复合泵浦类锂硅离子软X射线激光系统实验的结果,特别是第一次在较低激光辐照强度下同时观察到类锂硅离子5f—3d,5d—3p,6f—3d和6d—3p跃迁的显著自发发射放大(ASE),波长分别为88.84,87.28,75.83和74.64,测得的增益系数和增益-长度乘积分别在1—2cm^-1和2.0—4.5之间。另外还给出了增益沿靶面法线方向的空间分布和随靶面激光辐照强度的变化。用Edlen半经验公式和Cowan原子结构编码计算的4条激光谱线波长值与实验测量值符合很好。本实验结果表明复合泵浦类锂离子方案在将软X射线激光推进到“水窗”(43.8—23.3)波段中有巨大潜力。     

自激活激光晶体硼酸铝钕的研究

本文报道了我们对自激活激光晶体硼酸铝钕的生长、激光性能以及化学成分与荧光浓度猝灭效应之间关系的研究。引进原子参数L,定性地说明不同化学成分的基质中激活离子的不同荧光浓度猝灭效应,并从理论上说明了引进这一参数的合理性。我们获得了每个脉冲1205mJ的1.063μm激光输出和49mJ的1.34μm的激光输出。对1.06μm激光倍频,即0.53μm的激光输出为25.5mJ。     

X射线预电离放电泵浦XeCl激光动力学研究

本文首先给出了放电泵浦XeCl准分子激光器X射线预电离动力学的负离子模型,解释了不同HCl浓度下的预电离过程。然后选取对XeCl激光动力学起主导作用的反应物及动力学过程,建立了放电泵浦XeCl准分子激光简化动力学模型,并用此模型计算了激光特性和最佳输入能量密度,计算结果能很好与实验符合。最后给出高比能X射线预电离XeCl准分子激光器的理论设计,根据单位体积输入能量、放电区长度、放电电流和气体压力等参量优化结果,XeCl准分子激光每立升可输出能量9J左右,效率为2％。     

自起振被动锁模掺Er3+光纤环形腔孤子激光器的实验研究 *

讨论了自起振掺Er³⁺光纤环形腔激光器产生飞秒光脉冲的机制及实验研究结果 .采用976nm半导体激光作为泵浦源 ,利用光纤的非线性偏振旋转效应 ,在掺Er³⁺光纤环形腔激光器中产生可饱和吸收体从而产生自幅度调制锁模机制 ,得到了完全自起振、稳定的锁模光脉冲 .输出最短光脉冲宽度 269 fs ,中心波长1.531 μm ,脉冲重复率21.37MHz ,激光器两个输出端输出的平均功率分别为0.25mW和0.08mW ,最低维持稳定锁模的阈值泵浦功率15mW .在高功率泵浦下 ,光纤激光器产生了稳定的高阶谐波锁模光脉冲 ,还研究了不同腔长、不同泵浦激光功率下锁模光脉冲宽度的变化等 .     

高电荷态离子O5+与He原子碰撞中单电子俘获激发过程

本文在O⁵⁺离子与He原子碰撞中,测量了OV单态、OV三重态和Hell双重态的发射谱,经过计算得到了谱线的发射截面.实验结果表明:(1)在入射离子能量范围60—80keV内,仅仅观察到单电子俘获激发过程;(2)非绝热位势图所预期的激发能级同本实验结果是一致的.     

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 .     

激光晶体的Xα研究——Ⅳ.金绿宝石的DV-Xα-HF计算

本文首次报道了原子簇(BeCrO₆)^7-的DV-X_α-HF计算结果,给出了单电子能量本征值、晶场参数10D_q和电荷转移跃迁能量,并且把DV-X_α-HF方法推广到普遍的多重态计算和组态混合,我们的计算结果与激光晶体金绿宝石的吸支谱实验符合得很好,这表明DV-X_α波函数和双电子算符的结合可能为原子簇的多重态计算提供了一种较为简便而有效的方法。