新型激光装置前端系统激光时间脉冲整形技术

对惯性约束聚变实验而言,激光时间脉冲整形具有非常重要的意义。随着惯性约束聚变技术的不断发展,对终端脉冲的时间填充因子的要求越来越高,直接导致了对前端系统时间脉冲整形技术的要求也越来越高。为了满足惯性约束聚变实验对前端时间脉冲整形技术的要求,自行设计了“刀口器”装置。利用这一装置,并结合改进的时空变换脉冲整形技术,在“神光—Ⅱ”的升级装置上,实现了大功率激光装置上的激光时间脉冲整形,在终端得到了脉宽1．16ns、上升沿337ps、下降沿360ps、时间填充因子为81．2％的方波激光脉冲,满足了物理实验对前端系统激光时间脉冲整形的要求。同时,提出了进一步改进的措施,以满足今后物理实验的更高要求。     

利用集成光学技术的新型时间脉冲整形系统

通过对时间脉冲整形技术的探索，发展了一套准备应用于未来高功率激光装置的激光脉冲整形系统。在这套整形系统中，使用了通光波长1．053μm的质子交换型波导调制器。通过这套利用集成光学调制技术的整形系统，得到了脉冲起伏小于10％的整形方波光脉冲。     

用于高功率激光脉冲整形的可编程任意波形电脉冲发生器

研制了一种基于GaAs场效应管与超快脉冲信号微带传输的可编程任意波形发生器.它由计算机控制的多路高准确度偏置电压，多个级联的GaAs场效应管基元电路，以及微带脉冲传输线组成．输出电脉冲波形导入LiNbO3集成光波导调制器，经过电光调制获得相应的激光脉冲波形．通过计算机设置各基d元电路中GaAs场效应管栅极偏压，进而控制整形电脉冲的形状，使高功率激光装置前端时域脉冲整形实现远程控制．     

多束高重复频率全光纤激光脉冲时间波形实时精密测量技术

提出了一种基于时分复用的多束高重复频率全光纤激光脉冲时间波形实时精密测量技术,针对分类成组的多束高重复频率全光纤激光系统不同测量功能需求,分别设计了1×8时分复用器、不同延时量的1×2时分复用器,实现了48路、144个1kHz光纤激光整形脉冲时间波形宽度、上升沿、面积等关键参数的精密测量,同时实现了多束高重复频率全光纤脉冲激光系统运行状态的实时监测。     

用于高功率激光装置中的电脉冲整形系统

采用射频GaAs场效应管和微带传输线技术,研制出用于高功率激光装置中的电脉冲整形系统.该系统电脉冲整形宽度为3.5 ns,幅度在0~5 V范围内调节,时域调整精度200 ps.整形后的方波,前沿383 ps,后沿642 ps,顶部不平坦度4~5%,波形幅度稳定性4~5%（p-p).利用该系统产生的整形电脉冲驱动电光波导调制器进行激光脉冲整形,得到了理想的整形激光脉冲.     

KrF激光脉冲整形研究

 实验研究了脉冲堆积法对KrF激光的整形能力。利用受激布里渊散射(SBS)压缩脉冲获得了脉宽为3~5 ns的短脉冲，用4束激光堆积获得了脉宽为10~15 ns、平顶宽度为5~10 ns的整形脉冲。利用实测SBS脉冲数据，对脉冲堆积法进行了数值模拟，模拟的脉冲宽度为12.7 ns，平顶宽度为7.7 ns，该结果与实验相符。对脉冲堆积法的任意整形能力进行了模拟，讨论了脉冲宽度变化对整形的影响，发现脉宽变化在5%以内时，对整形脉冲的影响较小。对整形脉冲的放大进行了定性研究，结果表明：平顶脉冲通过放大器后，前沿部分放大较多，由于饱和作用，后沿放大较少；如果前端整形脉冲前沿为斜坡状，放大后可以得到近平顶的脉冲。     

飞秒激光在掺Er~(3+)“无水”氟碲酸盐玻璃中写入光波导

利用重复频率为1 k Hz,中心波长为800 nm,脉冲宽度为120 fs的超短脉冲激光在掺Er3+"无水"氟碲酸盐玻璃中利用狭缝整形技术横向刻写了I类和压低圆包层波导。在对波导刻写参数进行系统研究后,得到了两组导光模式较优的波导。利用波导的近场模式强度分布重构了其折射率分布图,得到两类波导最大的折射率增加量分别为1×10-4和1.9×10-4。用散射法测试了I类波导的传输损耗为1.04 d B/cm;通过测量插入损耗得到压低圆包层波导的传输损耗小于1.88 d B/cm。因此,利用飞秒激光在掺Er3+"无水"氟碲酸盐玻璃中刻写的光波导,在集成激光光源制作方面具有很好的应用前景。     

激光原型装置光纤前端系统偏振稳定控制技术

 分析了激光原型装置光纤前端系统的偏振特性,针对激光原型装置光纤前端系统窄光谱、短脉冲的特点以及该原型装置对光纤前端系统输出偏振态的要求,提出了一种稳定光纤前端系统输出偏振态的新方法。采用脉冲方式偏置光纤前端系统的幅度调制器,通过光纤偏振稳定装置在线检测幅度调制器泄漏连续激光的偏振态进行自动调整,实现了光纤前端系统偏振态的自动稳偏,解决了波导幅度调制器长时间工作后消光比下降的问题。光纤前端系统长时间工作输出的稳定度达到了2.9％。     

超短脉冲激光在掺Er3+ 磷酸盐玻璃中制备光波导的实验研究

超短脉冲激光通过非线性吸收调制光学材料折射率提供了一种高效制备集成三维光子器件的途径.掺Er³⁺磷酸盐玻璃由于其优异的特性以及在1.55μm通信波段附近的发射光谱，成为了集成光学主动增益材料中的研究热点.实验采用重复频率1 kHz,中心波长800 nm,脉冲宽度120 fs的钛宝石飞秒激光放大系统作为制备波导的光源，系统研究了加工参数对激光写入形貌、波导形成及光学特性的影响.实验结果表明，在狭缝整形辅助短焦物镜横向刻写条件下，写入脉冲能量为1.8μJ时，光波导可以在写入速度为10μm/s-160μm的较宽范围内形成；写入速度为40μm/s时，光波导写入脉冲能量参数窗口为1.6μJ-2.0μJ;波导写入深度在125μm-200μm范围时，波导横截面对称性较好且折射率修改明显；近场强度测量结果显示所制备波导近场强度分布对称，导光特性良好.通过有限差分法反推波导区域折射率修改分布，结果显示最大折射率修改为Δn=6.6×10^-4.截断传输损耗测量结果显示所制备波导的传输损耗低至0.91 dB/cm.     

利用波导调制器实现连续可调任意整形激光脉冲

目前，惯性约束聚变激光驱动哭有级的发展方向是以稳定性好的激光二极管取代原来的闪光灯泵浦，以集成光学和光纤技术取代原来的块状光学调制器进行激光脉冲的整形工艺。本文从实验上研究了以激光二极管泵浦的固体激光器作为光源，以波导调制器作为整形器件的激光脉冲的整形和频谱展工技术，获得了初步的实验结果。     

宽带光学参变啁啾脉冲放大系统的色散控制

在设计宽带光学参变啁啾脉冲放大系统时,对色散源进行了理论分析和讨论。对光学参变啁啾脉冲放大系统的色散量以及各个过程中的高阶色散对脉冲时域和频域特性的影响进行了计算。结果表明展宽器引入了非常大的色散,放大器中信号光相位变化产生的色散较大,参量晶体本身引入的色散相对较小可以忽略不计。输出脉冲宽度主要受二阶色散影响,而三阶和四阶色散主要影响脉冲的波形和信噪比,对频域影响很小。     

激光在烟幕中传输的蒙特卡罗模拟

建立蒙特卡罗计算模型,模拟计算1.06μm脉冲激光在石墨烟幕中的传输.分析透过率与石墨粒子粒径、烟幕浓度、烟幕厚度的关系,用卷积方法计算一定宽度的脉冲激光穿过烟幕后的波形,数值仿真δ脉冲和矩形脉冲激光在各种石墨烟幕中的时间展宽特性.模拟结果表明:石墨粒子存在一最佳半径(0.16μm),该半径的石墨粒子烟幕不仅使激光能量衰减最强,而且产生的时间展宽也最显著;激光脉冲宽度越小,其波形变化和时间展宽越显著,微秒量级脉宽的激光脉冲穿过烟幕后波形变化和时间展宽效应不明显.     

利用单模光纤中SBS效应进行被动调Q的掺铒光纤激光器研究

分析了利用光纤中的受激布里渊散射(SBS)相位共轭效应进行激光腔内调Q,产生ns量级脉冲激光的原理,并对利用该效应产生的激光脉冲波形和脉冲形成过程进行了数值模拟,得到的脉冲波形与SBS相位共轭反射率随时间变化曲线基本一致,表明利用光纤中的SBS相位共轭作用调Q具有可行性。据此,对采用单模光纤(SMF)作为SBS池的掺Er3＋调Q光纤激光器进行实验研究,当单模光纤长度为1.5 m时,在45 mW的抽运光功率下得到脉宽约2.6 ns,脉冲周期58.23 ns,平均功率7.35 mW的激光脉冲。进一步的研究表明：激光器中相位共轭镜的形成与SBS介质长度有关,SBS介质过长,斯托克斯线之间无固定的相位关系,不能形成相干叠加,SBS相位共轭腔不能形成; SBS介质过短,腔内正交偏振模光子寿命的改变使脉冲出现双峰现象。脉冲形成后其属性只与SBS动态属性有关。     

单脉冲飞秒激光时域参数测量技术研究

钛宝石飞秒激光放大系统具有重复频率低、脉冲波形复杂等特点，为准确测量其峰值功率，提出对单次脉冲波形和脉冲宽度测量的需求。介绍了单脉冲飞秒激光时域波形和脉冲宽度的测量原理和测量方法，设计了基于频率分辨光学开关法的单脉冲飞秒激光时域参数测量装置。讨论了单脉冲飞秒激光时域参数测量校准面临的问题及解决方法。     

基于光纤中SBS相位共轭的自调Q光纤激光器

分析了利用光纤中的受激布里渊散射(stimulated Brillouin scattering,SBS)相位共轭效应进行激光腔内调Q,产生ns量级脉冲激光的原理,并对利用该效应产生的激光脉冲波形和脉冲形成过程进行了数值模拟,得到的脉冲波形与SBS相位共轭反射率随时间变化曲线基本一致,表明利用光纤中的SBS相位共轭作用调Q具有可行性.据此,对采用单模光纤(single-mode fiber,SMF)作为SBS池的Er³⁺掺杂调Q光纤激光器进行实验研究.当单模光纤长度为1.5 m时,在45 mW的光抽运功率下得到脉宽约2.6ns,脉冲周期58.23ns,平均功率7.35mW的激光脉冲.进一步的研究表明:激光器中相位共轭镜的形成与SBS介质长度有关,SBS介质过长,斯托克斯线之间无固定的相位关系,不能形成相干叠加,SBS相位共轭腔不能形成;SBS介质过短,腔内正交偏振模光子寿命的改变使脉冲出现双峰现象.脉冲形成后其属性只与SBS动态属性有关.     

Single-shot photonic time-intensity integration based on a time-spectrum convolution system

Real-time and single-shot ultra-fast photonic time-intensity integration of arbitrary temporal waveforms is proposed and demonstrated. The intensity-integration concept is based on a time-spectrum convolution system, where the use of a multi-wavelength laser with a flat envelope, employed as the incoherent broadband source, enables single-shot operation. The experimental implementation is based on optical intensity modulation of the multi-wavelength laser with the input waveform, followed by linear dispersion. In particular, photonic temporal intensity integration with a processing bandwidth of 36.8 GHz over an integration time window of 1.24 ns is verified by experimentally measuring the integration of an ultra-short microwave pulse and an arbitrary microwave waveform.     

不同脉冲激光波形在打孔实验上的比较与分析

为了获得高质量小孔,克服单脉冲激光打孔的不足,设计了一种能够产生多脉冲激光波形的激光器电源.并在1mm厚的薄钢片上得到直径小于1mm的小孔.多脉冲打孔理论分析表明,多脉冲激光打孔不但减少了熔融物和等离子体的产生,而且降低了激光打孔对高能量的要求,获得的小孔质量优于单脉冲激光打孔.另外脉冲宽度和脉冲间距的选择对激光小孔加工质量起决定性作用,在加工高质量孔的时候,应该选用较短的激光脉冲宽度.实验表明,利用三脉冲激光输出波形打孔所获得的小孔质量要优于单脉冲激光打孔效果,有效脉冲平均能量为350mJ,宽度为100μs,脉冲间距为100μs.     

New Spectroscopy for Photo-Induced Phenomena Using Combination of Synchrotron Radiation and Laser

The new experimental systems for investigating the photo-induced phenomena have been constructed. They consist of the photoelectron spectroscopy system based on the synchrotron radiation, the laser system based on the mode-locked pulse lasers, and the experimental system for time-resolved measurements. The systems have been applied to study the surface photo-voltage (SPV) effects on the surfaces of GaAs (100) and GaAs-GaAsP superlattice. The results showed that the temporal profiles of the surface photo-voltage effects have several components in the nano- and micro-second ranges, which depend on the surface conditions.