光学参变啁啾脉冲放大相位失配啁啾脉冲频谱整形新方法

相位匹配是实现高效光学参变啁啾脉冲放大(OPCPA)能量转换的关键之一,通过对几种常用非线性晶体的光学参变啁啾脉冲放大过程进行数值模拟研究,结果表明一定程度的相位失配不但能增加光学参变啁啾脉冲放大增益带宽,而且会使啁啾脉冲光谱强度分布中间凹陷。提出利用光学参变啁啾脉冲放大相位失配放大作为啁啾脉冲频谱整形的新方法,通过理论分析和模拟计算,找到了光学参变啁啾脉冲放大相位失配啁啾脉冲频谱整形效果的控制量;并对几种常用非线性晶体在简并、近简并、非简并等条件下的光学参变啁啾脉冲放大相位失配放大特性进行了比较。     

光参量啁啾脉冲放大过程中脉冲特性理论研究

 通过数值求解非线性三波耦合方程组,并利用色散致啁啾引起的瞬时频率与时间的关系,模拟了啁啾脉冲在光参量放大过程中的脉冲波形和频谱形状的变化关系,以及通过压缩器的脉冲形状。模拟结果表明：啁啾脉冲在光参量放大过程中的时域宽度和频谱有很小程度的加宽,但基本上不影响放大后脉冲的压缩及信噪比。     

啁啾脉冲放大系统空间特性的优化分析

采用Franz-Nodvik模型,通过模拟计算,系统地分析了啁啾脉冲放大(CPA)过程中抽运光和信号光能量密度以及晶体参量对放大器输出能量和转换效率的影响。将理论模拟与实验结果进行比较,证明了理论分析的有效性。计算结果表明:在啁啾脉冲放大系统中,存在一个抽运光最佳能量密度。合理选择抽运光的能量密度可以有效提高系统的能量转换效率和稳定性,而且还可以大大降低系统对注入信号光能量的要求以及由于信号光能量抖动所造成的输出不稳定性。     

高功率钕玻璃啁啾脉冲放大系统光谱整形

增益窄化效应限制了啁啾脉冲放大系统输出的最短脉冲宽度,需要对注入放大系统的种子啁啾脉冲进行光谱整形,以保证放大后的啁啾脉冲光具有足够的带宽并满足特定的光谱分布.理论上假定放大后啁啾脉冲的光谱分布为高斯分布或超高斯分布,对"百焦耳级钕玻璃啁啾脉冲放大系统"进行逆运算.研究发现,所需种子啁啾光的能量、带宽以及压缩后脉冲的信噪比都与该分布密切相关.通过光谱整形,使放大后的啁啾脉冲光的光谱分布为二阶超高斯分布.能够获得小于400 fs高信噪比的超短脉冲输出,此时所需种子啁啾脉冲能量仅为33μJ,带宽14 nm,在装置前级注入能力的范围之内.为百焦耳装置光谱整形实验的开展提供了理论指导.     

啁啾脉冲堆积及其放大特性

 根据啁啾脉冲堆积的原理以及模型介绍了两路脉冲堆积时脉冲的时间与频谱特性,分析了堆积脉冲产生时间与频谱调制,以及交叠区产生非线性频率啁啾的原因。通过非线性薛定谔方程,分析了堆积脉冲的放大特性,介绍了啁啾参量对放大结果的影响以及放大后堆积脉冲的频率啁啾的变化。研究表明,在堆积脉冲的放大过程中自相位调制效应非常明显,严重影响了脉冲的频谱与频率啁啾。     

皮秒短脉冲光参量啁啾脉冲放大中泵浦信号高精度同步主动控制技术研究

在皮秒短脉冲泵浦的光参量啁啾脉冲放大(ps-OPCPA)系统中,泵浦光与信号光之间的高精度时间同步是需要解决的关键问题之一.本文基于中国工程物理研究院激光聚变研究中心的全OPCPA激光装置,对用于前端ps-OPCPA中泵浦光与信号光的高精度同步主动控制技术进行了详细研究.采用大啁啾信号光窄光谱光参量放大的主动反馈方式,通过合理设计反馈光路信号光的时域展宽啁啾系数,将泵浦光与信号光的同步时间抖动从ps量级降低至百fs量级的时间范围,从而极大地改善了前端ps-OPCPA的能量和光谱不稳定性:7 min测试时间内泵浦光与信号光相对同步时间抖动的均方根值(RMS)从458 fs改善至93 fs,输出能量RMS不稳定性从30.3%改善至3.15%,且维持光谱宽度大于100 nm的稳定宽光谱输出.     

基于“神光-Ⅱ”装置的飞秒拍瓦级光学参量啁啾脉冲放大的特性分析与系统设计

用计算机仿真分析了光学参量啁啾脉冲放大（OPCPA）的特性及其影响因素（如相位失配、高阶非线性效应等）-就脉冲放大机理、时间同步、光谱漂移、增益窄化等相似问题与现有的啁啾脉冲放大技术做了比较与讨论-基于“神光-Ⅱ”装置，设计了飞秒拍瓦级OPCPA系统，以期望实现快点火- 关键词： 超短超强激光 啁啾脉冲放大 光学参量啁啾脉冲放大 数值模拟     

用于超短脉冲扩展的时间望远镜

在理论上系统地研究了具有脉冲扩展功能的时间望远镜系统，时间望远镜主要是利用啁啾脉冲非线性参量转换过程实现的，它具有较高的转换效率和输出傅氏变换极限长脉冲的特点.理论研究和数值模拟计算发现非线性晶体的群速度失配是造成时间像差和转换效率下降的主导因素，在此基础上提出了时间望远镜系统在设计中所应遵循的基本准则，在实验上成功地将70fs光脉冲扩展成了近傅氏变换极限的60ps长脉冲. 关键词： 啁啾脉冲 望远镜 光参量放大     

啁啾匹配OPCPA方案用于消除超短激光脉冲的预脉冲

采用了一种利用啁啾匹配光参量啁啾脉冲放大（OPCPA）技术来消除泵浦脉冲时间窗口内的预脉冲的方法,并对该方法展开了数值模拟研究。分析了泵浦光脉冲形状、预脉冲提前时间等因素对预脉冲消除效果以及信噪比提升情况的影响。通过与传统的非共线OPCPA方案对比,发现啁啾匹配OPCPA方案可以消除掉离主脉冲更近的预脉冲,且它对预脉冲的消除效果受泵浦光脉冲形状的影响较小。     

基于光纤光参量放大的光脉冲压窄技术的研究

在高重复频率的光窄脉冲源中,为了获得更窄的脉冲,需要增加泵浦功率|但泵浦功率的提高会使光放大器的增益趋于饱和,放大的自发辐射噪音增强,脉冲光信噪比下降.为此,提出了利用啁啾管理和光纤光参量放大相结合的脉冲压窄方案.将强度调制后的泵浦光通过相位调制引入线性负啁啾,由于经参量过程后在新的闲频光上啁啾会加倍,从而进一步增大了信号的谱宽,并通过色散补偿介质实现了光脉冲压缩.实验给出了10 GHz速率下的结果,通过泵浦光的相位调制在0.5 W平均泵浦光功率条件下得到了脉宽19 ps的光脉冲,结果与理论分析基本吻合.     

啁啾匹配和同步抖动对光参量啁啾脉冲放大的影响

 通过研究光参量啁啾脉冲放大过程转换效率随泵浦光啁啾参数的变化,以及信号光和泵浦光波长的对应关系,确立了信号光和泵浦光同步时实现线性啁啾匹配的方法。以磷酸二氢钾作为非线性晶体,研究了信号光和泵浦光之间的线性啁啾匹配和时间同步抖动对光参量啁啾脉冲放大后信号光脉冲波形和转换效率的影响。结果表明：在时间同步的情况下,线性啁啾匹配时的信号光脉冲波形很对称,转换效率也较高;在同步抖动程度一定的情况下,不同泵浦光啁啾参数时,信号光的增益及放大后的脉冲波形差异较大;在线性啁啾匹配程度一定时,信号光和泵浦光时间同步抖动越严重,放大信号光的脉冲波形变化越大,信号光增益越小,且转换效率也越低。     

Optical parametric chirped pulse amplification based on photonic crystal fibre

A compact two-stage optical parametric chirped pulse amplifier based on photonic crystal fibre is demonstrated.A 1064-nm soliton pulse is obtained in a home-made photonic crystal fibre (PCF) with femtosecond pulse pumping and then amplified to 2 mJ in an Nd:YAG regenerative amplifier.After the amplified pulses pass through the LBO crystal,the 532-nm double-frequency light with an energy of 0.8 mJ and a duration of over 100 ps at 10-Hz repetition rate is generated as a pump source in the following two-stage optical parametric amplification (OPA).The 850-nm chirped signal light gain from the stretcher is 1.5×10 4 in the first-stage OPA while it is 120 in the second-stage OPA.The total signal gain of optical parametric chirped pulse amplification (OPCPA) can reach 1.8×10 6.     

用于宽带啁啾脉冲光参量放大系统精确同步的新方法

基于非共线光参量放大,以波长800 nm飞秒激光的倍频光为抽运光,以激光二极管640 nm连续波激光为信号光,产生了与800 nm飞秒激光精确同步的无直流本底的1064 nm脉冲光。实验结果显示该1064 nm的光脉冲在脉冲能量和空间光束质量上均可作为1064 nm波长脉冲放大器的种子光。仅通过一级简单紧凑的非共线参量放大就可实现光周期量级的光参量啁啾脉冲放大系统的抽运激光和种子光的精确同步。     

Trends in ultrashort and ultrahigh power laser pulses based on optical parametric chirped pulse amplification

Since the proof-of-principle demonstration of optical parametric amplification to efficiently amplify chirped laser pulses in 1992,optical parametric chirped pulse amplification(OPCPA)became the most promising method for the amplification of broadband optical pulses.In the meantime,we are witnessing an exciting progress in the development of powerful and ultrashort pulse laser systems that employ chirped pulse parametric amplifiers.The output power and pulse duration of these systems have ranged from a few gigawatts to hundreds of terawatts with a potential of tens of petawatts power level.Meanwhile,the output pulse duration based on optical parametric amplification has entered the range of fewoptical-cycle field.In this paper,we overview the basic principles,trends in development,and current state of the ultrashort and laser systems based on OPCPA,respectively.     

光参量啁啾脉冲放大中时间同步抖动对增益稳定性的影响

 在考虑了光参量啁啾脉冲放大中的脉冲波形、相位失配和时间同步抖动情况下，给出了计算光参量啁啾脉冲放大增益特性更为完善的三波耦合理论模型。并在1 ns的时间同步抖动情况下，对比分析了光参量放大在小信号放大及饱和放大时的增益稳定性。光参量放大的时间同步抖动对增益影响非常大,使放大信号光脉冲的增益光谱发生了明显的偏移，波形不对称和整个增益降低；并且信号光光谱越宽，光参量放大间的时间同步抖动对其增益影响越严重；但随着参量放大增益饱和的出现和加深，信号光和抽运光之间的同步时间抖动对放大信号光的输出强度影响减弱，即在饱和放大处可以获得更稳定的放大信号光输出。     

BBO，LBO，KDP晶体光参量啁啾脉冲放大特性的比较研究

 对BBO，LBO，KDP晶体I类非共线匹配下的光参量啁啾脉冲放大的相位匹配、参量范围、增益特性等进行了理论分析，重点对BBO和LBO的光参量啁啾脉冲放大特性进行了比较。结果表明对于以光参量啁啾脉冲放大系统代替800nm中心波长的Ti:sappire再生放大系统，用BBO晶体可获得更宽的增益带宽，而对1 053nm中心波长的种子光用LBO晶体更好。     

光参量啁啾脉冲放大增益特性研究

 通过对非线性三波耦合方程组进行数值求解，研究了光参量放大的增益特性及饱和放大特性。给出了泵浦光、信号光参数对参量增益的影响及其与晶体饱和长度的关系。且OPA具有传统CPA系统所不具有的优点，将有可能取代传统的CPA系统而作为超短超强激光系统的新型前端。     

Phase matched scanning optical parametric chirped pulse amplification based on pump beam deflection

Combined with the optical beam deflection, a novel approach of phase matched broadband scanning optical parametric chirped pulse amplification(OPCPA) was proposed. For this scheme, there was no superfluous operations to the chirped signal pulse which propagated in a changeless direction straightforward, but the pump beam were deflected in space with time by passing through a KTN crystal, which was applied with varied driving voltage. The theories of phase matching of each chirped signal frequency based on pump beam deflection was analyzed detailedly. And the type-I amplification of chirped signal with 800 nm central wavelength and 20 nm bandwidth pumped by 532 nm in BBO crystal was simulated as a case in point. The simulation results showed that the spectral distribution of chirped signal pulse was almost the same as the initial form, i.e., there was nearly no narrowing on the amplified spectrum by using of the scanning OPCPA based on pump beam deflection. In addition, the simulations demonstrated that it was worth minimizing the voltage deviation applied to KTN crystal as much as possible for the sake of better waveform, larger bandwidth and higher conversion efficiency of amplified signal pulse in the proposed scanning OPCPA.