高功率激光放大器中光束的成丝和B积分

研究了高功率激光放大器中光束的成丝问题,利用弗兰兹－诺德威克（Frantz-Nodvik)模型将准稳态波动议程推广到介质有饱和增益的情形,进而得到高功率激光放大器中小尺度调制的传输方程,在小信号增益和饱和增益情形下,分别得到了小尺度调制方程的精确解析解和数值解。结果表明,对于相同的输入光强,增益使小尺度调制增益谱的范围加宽,最快增长频率增高,最大增长率提高;同时,在放大介质中,小尺度调制的最快增长频率和最大增长率还随传输距离变化,增益饱和效应使小尺度调制的增长速度以及B积分的增长低于无饱和放大情形。     

激光系统三维放大计算模型研究

基于激光脉冲在增益介质中的放大过程建立了三维放大模拟计算模型,该模型将自由空间传输与光线追迹放大相结合。在增益介质内抽运储能分布具有三维特点、离轴多程放大结构等复杂情况下,该模型能真实模拟放大后输出光束的近场分布。利用该三维放大模型针对一个12程激光二极管抽运钕玻璃放大系统进行模拟计算,计算结果准确地反映了输出光束近场分布。在此模拟结果的基础上能进一步优化多程放大光路。     

光脉冲在激光放大介质中的非线性传播

 在考虑了激光放大介质中基质的克尔非线性效应和群速度色散以及活性粒子的增益分布后，导出了光脉冲在激光放大介质中传播的基本方程。并在光脉冲中心频率与介质增益峰值频率时重合时，对皮秒超高斯光脉冲在钕玻璃激光放大介质中传播的脉冲形状进行了分析讨论。     

超短脉冲在放大介质中传输特性研究

利用非线性薛定谔方程,详细研究了放大介质的增益窄化和增益饱和效应对超短脉冲在放大介质传输特性的影响,以及传输过程中B积分的影响.在此基础上,对超短脉冲放大系统的逆问题进行了研究,即在给定放大系统参数和满足物理实验要求的输出脉冲波形前提下,求出相应的输入脉冲波形.     

利用半导体增益光谱诠释激光产生机理的实验设计

利用半导体激光增益光谱直观地诠释激光产生的物理机理.设计了一种适合于物理实验教学的测量方法,推导出双侧放大的自发辐射(ASE)光谱与净增益关系的数学表达式,选择简单便于调节和测量的半导体增益介质和实验光路,通过测量激光介质的增益光谱诠释系统增益大于损耗实现光放大的宏观现象,通过不同激励电流下增益的演化趋势诠释粒子数反转数目变化的微观规律.     

双脉冲序列激光放大实验研究

掺Yb~(3+)类高饱和通量增益介质的储能提取,会给激光器带来严重的安全风险,因此提出一种激光脉冲的时分复用放大技术。利用激光的偏振特性以及自由空间传输延迟,获得脉冲参数可变的脉冲序列,并进行验证实验。结果表明,时分复用放大与单脉冲放大的增益没有明显差别,且在约1.4 J/cm~2的工作通量下,子脉冲时间间隔(14~22 ns)对激光增益的影响可以忽略不计。时分复用放大在保持总激光通量不变的前提下,降低了子脉冲的激光通量,降低了光学元件的损伤风险,保证了储能的有效提取。     

高功率超短脉冲激光系统中光谱增益窄化补偿的调制函数

 设计了一种与高功率超短脉冲激光放大过程中获得的总增益、增益介质的带宽、激光带宽、脉冲中心波长等参数相关的调制函数，对激光放大过程中的光谱增益窄化进行补偿。此调制函数的优越性在于，对不同性能的激光系统，无需改变调制函数的形式就能适用。通过数值模拟的方法，讨论了在不同增益介质带宽、激光带宽、脉冲中心波长下的补偿效果。此调制函数在高功率超短脉冲激光系统中有良好的应用前景。     

本征态的局域化与增益介质中局域态的放大

用时域有限差分方法(FDTD)模拟了二维增益、非增益随机介质中的光学现象。在非增益介质中，观察到了局域态空间分布及其频率特征。在增益介质中，观察到局域态的放大过程。模拟结果显示非增益介质中的局域态相当于传统激光腔的腔模，随机激光是由局域态谐振产生的。     

高功率超短脉冲在增益介质中的传输特性

在考虑了增益介质的群速度色散、克尔非线性效应、增益饱和和增益谱后,推导出了光脉冲在介质中的传输方程.采用分步傅里叶变换法数值模拟了高功率线性啁啾脉冲在增益介质中的传输状态,并着重讨论了增益色散对光脉冲形状和功率谱的影响.计算结果表明:当高功率超高斯光脉冲在增益介质中传输放大时,脉冲形状变得尖锐,峰值向脉冲前沿移动;功率谱峰值向低频方向移动,并且在功率谱边缘形成非对称振荡结构;当介质的增益色散增大时,光脉冲光谱宽度变窄,峰值功率减小,因此对于宽光谱脉冲,增益色散将会导致损耗.     

多程放大中激光脉冲交叠放大的物理建模与计算方法

建立了多程放大中激光脉冲在增益介质中交叠放大的物理模型, 并提出相应的计算方法. 物理模型中考虑了脉冲前后沿对增益介质中反转粒子数的共同消耗. 研究认为模型在延时系下的数据递推方式无法求解交叠放大问题. 通过建立新的时空坐标系, 解决了交叠放大过程的数值求解问题. 基于此物理模型和计算方法, 模拟计算了双程放大时脉冲时间波形与腔镜位置的关系. 关键词： 物理模型 放大 腔镜 增益饱和     

增益(损耗)介质中高功率激光束的小尺度自聚焦理论研究

将Bespalov-Talanov理论推广到介质有增益(损耗)的情形,揭示了在介质有增益或损耗从而 光强随传输距离变化的情况下小尺度自聚焦的特性.主要是在一定的输入功率下,小尺度调 制增长的临界频率、最快增长频率及其对应的最大增益(B积分)均随介质增益或传输距离的 增大而增大;对于确定的输出功率,随介质增益的提高,B积分值变小,同时最快增长频率 向低频方向移动.利用局部能量守恒定律唯象地研究了增益和损耗对激光束成丝的影响,发 现增益使成丝距离延长而损耗使成丝距离缩短.讨论了介质增益和损耗对高功率激光放大器 设计的影响.尽量使激光器在小输入高增益状态下运行,可以从某种程度上抑制因小尺度自 聚焦而导致的介质破坏效应. 关键词： 自聚焦 成丝 强激光传输     

基于增益负反馈的COIL自脉冲方法

针对超音速化学氧碘激光器增益介质的横流特性,设计了具有增益负反馈的光学谐振腔结构,通过化学反应的超音速流场和光场的耦合仿真,根据具体的激光器运行参数,论证了这种结构实现自脉冲激光的可行性。结果表明:振荡激光在增益区上游放大次数越多,对上游增益介质能量提取能力越强,脉冲调制作用越显著。采用激光光斑缩束再放大的结构设计,脉冲激光的峰值功率提高10~20倍,从理论上证明了增益负反馈的调制方法能够实现横流激光器脉冲激光输出。     

x射线激光传输过程中的折射和饱和效应

以类镍银139nm(4d→4p，J=0→1)的x射线激光为例，采用二维光线追踪的方法，研究了x射线激光在等离子体介质中的折射及增益饱和效应，计算了x射线激光输出强度随焦线长度的变化和饱和输出光强.计算结果表明折射对光线在等离子体中的传输和放大有重要影响.利用实验参数对类镍银x射线激光的输出强度和增益系数进行了模拟，得到与实验相符的结果. 关键词： x射线激光 光线追踪 折射和饱和效应 激光等离子体     

随机激光器中准态腔的阈值与其局域化程度的关系

基于光波在有限随机介质中的局域化理论，利用有限时域差分法数值求解Maxwell方程 组，研究了随机介质中的激光现象，分析了准态模的放大与其 空间局域性的关系. 通过研究二维非增益随机介质中光波的局域化，确定了准态模的空间分 布和频谱特征. 通过引入增益，研究了准态模的放大过程和阈值特性. 结果表明空间局域化 强的准态模在增益介质中被优先放大，且有较低的阈值. 关键词： 随机激光器 准态模 随机介质中的光学特性     

激光脉冲前后沿相干叠加对多程放大的影响

针对多程放大过程中激光脉冲经腔镜折返前后沿交叠的问题,建立了激光脉冲在增益介质中前后沿相干叠加放大的物理模型.理论分析表明,脉冲前后沿完全相干叠加形成驻波场,使得反转粒子数出现烧孔效应,影响输出脉冲的增益和波形.基于此物理模型,模拟计算了脉冲在多程放大过程中波形的演化,比较了不交叠、完全非相干叠加和完全相干叠加三种情况下对放大器的增益和对脉冲波形的影响.为高功率固体激光器的设计提供指导.     

基于拉曼组合放大的长距离光纤传输系统

本文改进了一种实现长距离自适应补偿光纤传输的方法.在利用光纤光栅形成的谐振腔产生激光对信号光进行拉曼放大的基础上,再利用双抽运光对信号光进行拉曼放大,从而获得更高的拉曼增益以实现更长距离的自适应补偿光纤传输.使实验自适应补偿传输距离达125km(为目前国际上已报道的最长自适应补偿光纤传输距离).实验测量并理论分析了该长距离光纤传输系统的开关增益、放大的自发辐射噪声、噪声指数和光功率分布的特性,实验结果与理论模型符合很好.     

介质的增益与损耗对高功率激光小尺度自聚焦的影响

 由光束在非线性介质中传输所满足的近轴波方程，应用Bespalov Talanov（BT）理论，导出了光束在两种介质中传输时，小尺度不稳定增长所遵循的微分方程。通过对比分析介质的增益和损耗对高功率激光的小尺度自聚焦行为的不同影响，得出了截止频率、最快增长频率、纹波的积分指数增益等特性随各参量的变化,求得了最大和最小的纹波增长的距离，以及介质的增益和损耗特性对成丝距离的影响。     

高增益自由电子激光与晶体学发展

<正>高增益自由电子激光原理自由电子激光(Free Electron Laser,简写为FEL)是以相对论性电子束为放大介质、基于电磁辐射机制的相干光源。自由电子激光原理是20世纪70年代中期发展起来的,1976年,美国的梅迪(J.M.J.Madey)博士等人首次在实验上证实了振荡器型低增益FEL的原理,引起科技界极大的兴趣。20世纪80年代,科学家们提出了SASE(Self Amplified Spontaneous Emission,自放大自发辐射)高增益自由     

近红外波段宽带时间低相干光参量放大技术

在激光驱动惯性约束核聚变研究中,具有宽带、低相干特性的时间低相干光源将有望降低激光与等离子体相互作用的不稳定性,成为新一代激光驱动装置的有力竞争者。实现高功率低相干光放大输出是低相干光驱动器能否应用于惯性约束聚变领域的核心。光参量放大具有大带宽、高增益、无热效应等优势,可避免能级型放大介质的光谱窄化问题,是实现宽带低相干光放大的有效方案。系统阐述了宽带时间低相干光参量放大技术的原理和技术特性,并基于实验验证了采用非共线相位匹配的近红外波段宽带时间低相干光级联参量放大过程,最终实现7×10⁷的放大增益和13.19%的转换效率。     

高功率钛宝石激光放大器理论研究

从麦克斯韦方程出发，建立了宽带高功率激光放大系统的理论模型，同时用数值方法对宽带和窄带高功率激光放大器进行了计算，讨论了增益变窄效应在放大系统中对放大脉冲的影响，从理论上提出并验证了消除由放大介质发射截面不对称对脉冲造成的畸变的方法。论文对正确设计高功率激光驱动器也具有一定指导价值。