非单色光抽运的光参量啁啾脉冲放大的带宽及增益特性研究

采用傅里叶变换的方法将脉冲光分解成不同的频率成分,建立了非单色光抽运的光参量放大耦合方程组的数值求解模型.研究了非单色抽运光对光参量啁啾脉冲放大的小信号增益、大信号增益以及增益带宽的影响.非单色抽运光降低参量放大的增益水平,但同时可提高增益带宽,且抽运光谱宽越宽,对增益带宽的提高作用越大.还进一步从相位失配和参量带宽的角度分析了非单色抽运光使参量放大的增益降低、带宽增大的原因. 关键词： 光参量啁啾脉冲放大 非单色光 增益带宽 飞秒激光     

宽带自锁模钛宝石飞秒激光脉冲的实验研究

在线性Z形折叠腔的基础上,采用了一种能够消除输出耦合镜带宽限制的方法,用3mm的钛宝石短晶体和石英色散补偿棱镜得到了光谱带宽为121nm的自锁模钛宝石激光脉冲.在分析光脉冲自相关仪测量系统对测量影响的基础上,优化并基本消除了测量系统带来的影响,假设光脉冲形状为双曲正割型,得到了12fs的光脉冲,该光脉冲光谱半宽(FWHM)为87.6nm,中心波长为849.7nm,光脉冲平均输出功率为400mW,重复率为97MHz.     

矩形谱宽带光抽运的布里渊慢光理论研究

对矩形谱宽带光抽运下的布里渊慢光延迟特性进行了理论分析。在小信号增益情况下,得到了高斯脉冲延时量、脉冲展宽因子和增益的解析表达式。计算结果表明,当信号光的10 dB带宽小于抽运光带宽的0.357时,解析解和数值解吻合,且信号光脉冲能实现零展宽延迟。单个矩形谱宽带光抽运能达到的最大有效布里渊增益带宽为20 GHz,可以实现半峰全宽约100 ps的高斯光脉冲的零展宽延迟。与高斯谱宽带抽运光相比,矩形谱宽带抽运光可减小脉冲失真。     

泵浦谱宽和测量带宽对 SPDC过程产生的光子对分布的影响

分析了泵浦光的谱宽以及测量所选用的滤波器的带宽对下转换产生的信号光和闲置光分布范围影响.分别给出当泵浦为单色波和飞秒脉冲时下转换的分布范围和符合宽度范围.并将理论结果与飞秒脉冲泵浦的自发参量下转换(SPDC)实验进行了对比,理论与实验基本吻合.     

强流电子束时间分辨系统瞬态脉冲干扰的抑制

强流电子束时间分辨测量系统在直线感应加速器(LIA)环境中会受到一些短暂的高能脉冲干扰,这些瞬态脉冲干扰既针对电路又针对测量系统,这对测量系统电子设备危害很大。介绍了时间分辨测量系统的原理,分析了瞬态脉冲干扰的成因和抑制方法,给出了束参数测量系统的实验布局和特点,分析瞬态脉冲干扰对LIA中测量系统电子器件电性能的影响和变化规律,并进一步探讨电子器件电性能受瞬态脉冲干扰后的抑制措施。通过采用光纤传输控制信号的措施,能很好地传输窄脉冲,信号延时抖动小,达到了高速信号的可靠传输要求,利用紧凑嵌入式方法,提高了抗电磁干扰的能力,这样可以更好地保护束参数测量电子器件,提高了整个系统的抗干扰能力及可靠性。     

铋纳米薄膜相干光学声子研究

利用共轴双色飞秒激光泵浦-探测技术测量了铋(Bi)纳米薄膜的相干光学声子。采用自相关技术测量得到探测光的脉宽约为45 fs,用探测光和泵浦光的互相关信号得到泵浦光经过脉冲整形以后的脉宽约为250 fs,进而测量得到Bi纳米薄膜的对称振动模频率为2.86 THz,与自发Raman光谱的结果吻合。采用指数衰减函数与互相关信号的卷积拟合延迟时间在10 ps以内的差分反射信号,确定了相干光学声子振幅衰减的特征时间约为2.6 ps,与电子衰减特征时间相近,却远小于晶格加热的特征时间,从而为进一步揭示材料内部载流子与声子的相互作用提供了依据。     

双轴晶体光学参量放大的研究

介绍了新近提出的光学啁啾脉冲参量放大技术,并以高增益、宽谱带的双轴非线性晶体LBO为例,研究了抽运光和信号光的相位匹配的关系、增益、增益带宽、匹配角的选择,以及增益随晶体长度变化的趋势和双曲正割和高斯脉冲输入非线性晶体前后变化的情况。     

基于瞬态光栅频率分辨光学开关法测量飞秒脉冲的研究

超宽光谱的飞秒脉冲测量一直是超快激光领域的重要研究方向之一.常规的飞秒脉冲自相关方法是通过测量自相关倍频信号来获得,而倍频信号具有波长选择性,不同中心波长的飞秒脉冲测量需要更换不同的倍频晶体,十分不方便.因此,提出了一种改进型的瞬态光栅频率分辨光学开关(TG-FROG)方法用于测量飞秒脉冲.该方法结合四波混频和频率分辨光学开关方法,其基本过程是将待测脉冲分为三束,其中两束脉冲经过精密的延时控制并聚焦在光学介质上达到时空重合,利用三阶非线性效应产生稳定的瞬态光栅作为开关光;另一束脉冲作为探测光与产生的瞬态光栅进行相互作用产生一个信号光,使用光谱仪对该信号光的光谱与延迟时间进行测量,并通过反演迭代算法处理而获取待测飞秒脉冲的光谱与电场信息.该方法只需要待测光的功率密度达到三阶非线性效应就可以实现测量,因此可以应用于任意中心波长的飞秒脉冲测量.利用该方法对中心波长分别为800 nm, 400 nm的飞秒脉冲,以及超连续亚10 fs的周期量级超宽光谱飞秒脉冲进行了测量,并与常规的干涉自相关仪器测量结果进行了比较,所得测量结果基本一致.实验结果表明,建立的基于TG-FROG方法对不同中心波长,不同脉冲宽度的飞秒脉冲测量是十分有效的.     

脉冲激光光热失调技术

将脉冲激光作为加热光引入光热失调测量技术中,提出了脉冲激光光热失调测量技术,介绍了其基本原理,分析了脉冲激光光热失调测量技术用于测量光学薄膜微弱吸收的可行性.实验以532 nm的高反射光学薄膜为样品,采用波长为632.8 nm的探测光,研究了脉冲激光光热失调技术信号振幅的时间特性以及最大信号幅值与样品表面加热光能量密度、加热光斑与探测光斑相对位置的变化关系.研究结果表明,光热信号随时间先增大后减小,而随表面加热光能量密度的提高而增大,当样品表面加热和探测光斑重合时光热信号最大.     

超声阵列的多频脉冲压缩方法研究

脉冲压缩方法通过采用编码信号激励与脉冲压缩接收来提高超声检测的时间分辨率和信噪比。然而,受换能器带宽的限制,编码信号的时间带宽积往往有限,影响脉冲压缩效果。开展了基于超声阵列的多频脉冲压缩方法研究,超声阵列是由具有不同中心频率和带宽的多个阵元组成,从而使得整个阵列具有比单个换能器更宽的带宽。提出了压缩后叠加取包络的脉冲压缩方法,并研究了这种方法在提高时间分辨率和主副瓣比上的技术方案,对多频脉冲压缩的超声阵列进行了设计与优化,发现多频脉冲压缩方法能很大程度地提高时间分辨率,并能有效地抑制各阵元信号叠加产生的周期副瓣。理论和实验结果表明,这种压缩后叠加取包络的方法得到的时间分辨率在性能上受阵元带内不平整度的影响很小,能使阵元压缩包络中的主副瓣比得到明显改善。      

瞬态功率光限幅实验

应用单脉冲时间分辨技术测量了富勒烯溶液瞬态功率光限幅特性。在激发波长为532nm,脉冲宽度为8ns,峰值功率密度达到180MW/cm²的条件下,其瞬态功率光限幅的开关速度约为5ns.     

低噪声不隔直光电探测电路的设计

光电探测电路是光纤通信和光电检测系统中光信号转换成电信号的关键部分,但现有光电探测器大都不能同时测量脉冲光信号与直流光信号。为了获得低噪声并且能够同时测量脉冲光信号和直流光信号的光电探测器,设计一个不隔直光电探测电路,采用平衡放大方式消除直流工作点不稳定问题,提出了一种利用谐波分析法测量光电探测电路带宽的方法;同时对影响噪声的各种因素进行了研究,计算了探测电路的噪声电压和电流,提出了利用降低温度的方法提高信噪比。结果表明了该方法的有效性。     

低噪声不隔直光电探测电路的设计

光电探测电路是光纤通信和光电检测系统中光信号转换成电信号的关键部分,但现有光电探测器大都不能同时测量脉冲光信号与直流光信号。为了获得低噪声并且能够同时测量脉冲光信号和直流光信号的光电探测器,设计一个不隔直光电探测电路,采用平衡放大方式消除直流工作点不稳定问题,提出了一种利用谐波分析法测量光电探测电路带宽的方法;同时对影响噪声的各种因素进行了研究,计算了探测电路的噪声电压和电流,提出了利用降低温度的方法提高信噪比。结果表明了该方法的有效性。     

发散光束抽运的宽带光参量啁啾脉冲放大系统的理论研究

对发散光束抽运的光参量啁啾脉冲放大器的增益带宽进行了系统的理论研究.采用空间傅里叶变换和四阶Runge-Kutta算法，分别模拟了非衍射极限情况下的高斯光束和空间频谱为矩形的发散光束作为抽运光时的增益曲线.结果表明：不管是在可见光或是在近红外光谱区，用发散光束均可以明显地改善光参量啁啾脉冲放大系统的增益带宽.选取合适的发散角和抽运光强，可以获得高增益、宽谱带的信号光输出. 关键词： 光参量啁啾脉冲放大 增益带宽 发散角 高斯光束     

超短光脉冲波形研究

本文讨论了光脉冲技术发展中的脉冲波形测量问题。介绍了一种通用的光脉冲波形测量新方法,该方法可以给出光脉冲的波形、脉宽以及光脉冲内含的频率啁啾信息。这种测量方法已应用于半导体激光器产生ps光脉冲的实验研究,其可行性得到了验证。     

一种新颖的光电测量仪器──条纹照相机

人们很早就希望得到闪光时间(在物理学上叫做光脉冲宽度)很短的光脉冲,用以研究一些变化迅速的物理和化学过程.激光器发明之后,人们的这个愿望实现了.现在,人们采用诸如行波激发或共振腔瞬态响应的短脉冲激发法、谐振腔品质因素调制法,采用外部光调制的高速波形整形法以及等离子体开关法等,得到的闪光时间已经可以短到3×10-14s[1].怎样测量闪光时间这样短暂的一些光脉冲呢? 一、测量光脉冲宽度的方法 测量光脉冲宽度和它的波型最常用的仪器就是光电接收器加上电子射线示波器(下面简称为示波器测量).频带宽度 1000 MHz的示波器,能够测量闪…     

研制超宽带全光取样示波器设备

全光取样示波器是研究与开发超高速光通信系统和光子交换网络的关键性测试仪器设备. 本文简介了我们自行设计和研制出的超宽带全光取样示波器设备的实验样机系统, 并报道了我们已取得的初步实验结果. 采用自主研发的高稳定性被动锁模飞秒光纤激光器作为该光学示波器的光脉冲取样源, 我们通过利用高度非线性光纤中的四波混频效应, 成功地实现了对脉宽为1.8ps、重复频率分别为10GHz和40GHz的光脉冲信号的全光取样. 然后通过数字信号处理和计算机图形处理, 得到了再现后的超短光脉冲信号波形, 并测出了其脉冲宽度值为2.3ps. 借助于该光学取样示波器实验样机, 我们还成功地完成了对脉宽为1.8ps、经过伪随机数据序列调制后的10Gbit/s和40Gbit/s光数据信号眼图的精确测量. 这是我国首次报道有关超宽带全光取样示波器设备的实际研制工作及其相应的实验测试结果. 所得到的有关超短光脉冲信号波形的测试结果也与用70GHz宽带电子示波器和超快光电探测器组成的常规光电测量系统所获得的结果进行了比较, 清楚地表明了我们研制出的全光取样示波器实验样机比后者具有更高的时间分辨率和更大的测量带宽.     

KBe2BO3F2飞秒光参量放大中的群速匹配

提出了KBe2BO3F2 (KBBF)飞秒光参量放大中三波群速完全匹配的方法.对于Ⅰ类相位匹配方式采用非共线结构及倾斜抽运光脉冲波面,对于Ⅱ类相位匹配方式采用共线结构同时倾斜抽运光和信号光脉冲波面,可实现参量带宽最大时三波群速的完全匹配,从而获得更高增益,更窄脉宽的参量光.     

利用锁模光纤激光器在色散位移光纤中产生超连续谱的研究

采用主动锁模光纤激光器输出的重复频率10GHz、脉宽7．97ps的脉冲作为抽运光源,无需压缩后直接抽运4．2km的普通色散位移光纤(DSF)．利用色散位移光纤中自相位调制、交叉相位调制等非线性效应的联合作用,获得了20dB带宽达125nm、覆盖整个C波段、L波段和部分S波段的超连续(SC)谱。实验研究了抽运光脉冲峰值功率和抽运波长对超连续谱宽度的影响,结果表明抽运光脉冲峰值功率越高,得到的超连续谱的带宽越宽;通过对抽运波长的优化,可以实现最大程度的超连续展宽;分析了滤波器带宽对脉冲质量的影响;利用0．4nm带宽的可调谐滤波器对从超连续谱中滤出脉冲的特性进行了研究,在超连续谱的不同波长处获得了脉宽为8．90～9．80ps、时间一带宽积为0．44～0．49的稳定的窄光脉冲。     

参量荧光脉宽的理论与实验研究

参量荧光是基于光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)技术的光参量放大器的本征量子噪声。它不具备与主激光相同的时域啁啾特性,在压缩器中形成不可压缩的脉冲底座,降低了激光脉冲的信噪比。在小信号增益情况下,基于解析公式给出了不同抽运波形、不同增益、不同系统带宽和啁啾率情况下参量荧光脉宽的演化规律。结果表明:单级放大器输出荧光脉宽正比于抽运光脉宽;荧光脉宽随着增益的增大而变小;增益一定的情况下,荧光脉宽随着超高斯波形阶数的增大而变大。对OPCPA系统而言,展宽-压缩系统对荧光存在色散展宽的作用,其最终输出荧光脉宽与系统带宽、啁啾率紧密相关。基于拍瓦OPCPA(PW-OPCPA)实验平台进行了相关的验证实验,实验结果与理论具有良好的一致性。