单纵模Nd:YAG激光抽运CH4中强后向受激拉曼散射

用单纵模Nd:YAG二倍频激光[波长532 nm,线宽△vp＜100 MHz,脉宽(半峰全宽)6.5 ns]抽运CH4气体,观察到很强的后向一级斯托克斯(BS1)受激拉曼散射,这与前人采用脉宽30 ns的单纵模抽运激光得到的绝大部分为后向受激布里渊散射(SBS)完全不同,其原因是脉宽6.5 ns与本实验条件下CH4的受激布里渊散射声子寿命接近,受激布里渊散射处于瞬态.理论计算表明,这时的受激布里渊散射瞬态增益系数已略小于后向一级斯托克斯的增益系数,而被其竞争抑制.当脉冲重复频率为2 Hz,抽运能量为95 mJ时,在1.1 MPa CH4中,后向一级斯托克斯的量子转换效率高达73%,其时间波形出现张弛振荡,脉宽被压窄到1.2 ns,从而使后向一级斯托克斯峰值功率达到了抽运激光功率的2.7倍,而且其光束质量要大大优于抽运激光的光束质量.用编制的准二维计算机模型程序相当好地再现了实验中后向一级斯托克斯的时间波形张弛振荡.     

三倍频Nd∶YAG激光抽运氧气中的受激拉曼和布里渊散射

报道了三倍频脉冲Nd∶YAG激光(355 nm)在两种不同带宽模式下抽运氧气中受激拉曼散射(SRS)和受激布里渊散射(SBS)的实验研究。在宽带(约1 cm-1)抽运模式下,只测到了前向受激拉曼散射,而没有观察到后向散射,其一级和二级斯托克斯最大能量转换效率可达22%和8%。在窄带(约0.003 cm-1)模式下,前向、后向受激拉曼散射和受激布里渊散射都测量到了,但大部分抽运能量都转换到受激布里渊散射,其转换效率可达67%。测量了两种带宽模式下各散射组分在它们最佳转换时的波形;窄带情况下后向受激拉曼散射和受激布里渊散射的脉宽分别可压窄至1.5 ns和2.3 ns,不到抽运脉宽的三分之一,使得受激布里渊散射峰值功率可大大高于抽运功率。对氧气中前向、后向受激拉曼散射和受激布里渊散射之间的竞争进行了讨论。     

三倍频Nd:YAG激光抽运氧气中的受激拉曼和布里渊散射

报道了三倍频脉冲Nd：YAG激光（355nm）在两种不同带宽模式下抽运氧气中受激拉曼散射（SRS）和受激布里渊散射（SBS）的实验研究。在宽带（约1cm^-1）抽运模式下,只测到了前向受激拉曼散射,而没有观察到后向散射,其一级和二级斯托克斯最大能量转换效率可达22％和8％。在窄带（约0．003cm^-1）模式下,前向、后向受激拉曼散射和受激布里渊散射都测量到了,但大部分抽运能量都转换到受激布里渊散射,其转换效率可达67％。测量了两种带宽模式下各散射组分在它们最佳转换时的波形;窄带情况下后向受激拉曼散射和受激布里渊散射的脉宽分别可压窄至1．5ns和2．3ns,不到抽运脉宽的三分之一,使得受激布里渊散射峰值功率可大大高于抽运功率。对氧气中前向、后向受激拉曼散射和受激布里渊散射之间的竞争进行了讨论。     

热散焦效应对甲烷后向受激喇曼散射的影响

采用单纵模Nd:YAG二倍频激光泵浦,研究了CH4气体中的受激喇曼散射．实验发现,当激光的重复频率为2 Hz,1．1 MPa CH4中,泵浦能量为95 mJ时,后向一级斯托克斯(BS1)的量子转化效率可达73％,并且由于激光脉冲的张弛振荡,BS1的脉宽被压窄到1．2 ns,峰值功率达到了泵浦光功率的2．7倍,其光束质量大大优于泵浦光．在同样条件下,而重复频率为10 Hz时,BS1的量子转化效率降低为36％,但对光束质量影响不大,这是因为BS1呈现为与泵浦光波前翻转的复制光波,可以补偿热畸变．研究结果表明,如果设计一个CH4／He混合气体的带封闭循环冷却系统的高性能630 nm喇曼激光器,可能有其实际应用价值．     

单纵模Nd:YAG激光泵浦H2气中的受激喇曼散射

用单纵模Nd:YAG激光(波长1.06μm,脉宽9ns,线宽0.003cm-1)泵浦氢气中的受激喇曼散射,产生很强的后向一级斯托克斯.当泵浦能量为120mJ,压力为1.5MPaH2时,后向和前向喇曼的光子转化效率分别为66%和15%,而在4MPa时两个数值分别为46%和39%.由于后向喇曼与前向喇曼和泵浦光的传播方向相反,二者的相互竞争产生了张弛振荡,使得后向和前向喇曼的时间波形都分裂为两个峰,后向喇曼的两个峰都被压窄到1ns,使峰值功率达到了泵浦光功率的二倍,这在前向喇曼是不可能的.而且后向喇曼的光束质量要大大优于泵浦光和前向喇曼的光束质量,在4MPaH2和脉冲重复频率为10Hz时,喇曼过程的放热使前向喇曼的光束质量变坏,但对后向喇曼的光束质量影响不大.计算表明,该实验条件下受激喇曼过程没有达到稳态,所有实验结果都可以而且只能用相关的瞬态受激喇曼理论解释.     

S波段光纤拉曼放大器中级联受激布里渊散射串扰的实验研究

研究了光纤激光器前向抽运的S波段分布式光纤拉曼放大器中级联的受激布里渊散射(SBS)串扰现象。用窄光谱带宽(<100MHz)的可调谐激光二极管作为信号源,通过S波段分布式光纤拉曼放大器,当被放大的信号功率超过单模光纤受激布里渊散射的阈值时,出现了前向受激布里渊散射,这是传导声波布里渊散射在光纤放大器中放大的现象。随着拉曼放大器抽运功率的提高,在斯托克斯区,出现了两阶受激布里渊散射线,在实验中观测到偶数阶的受激布里渊散射谱线功率大于奇数阶的布里渊一瑞利散射线。当进一步增加拉曼放大器的抽运功率,出现了前向级联的多阶受激布里渊散射现象,拉曼放大器的增益下降,被放大的信号功率转换为受激布里渊散射,噪声变大。受激布里渊散射的串扰破坏了拉曼放大器的特性,使拉曼放大器无法在密集波分复用光纤传输系统中使用,因此需要严格地控制入纤的信号功率和放大器的抽运功率。在实验中还观测到在光纤拉曼放大器中被放大的信号光和受激布里渊散射线两侧的伴线。     

利用相位共轭镜产生高质量宽度可调脉冲

实验研究了双池受激布里渊散射系统中的脉冲压缩。通过简单地改变双池间距可以获得脉宽可调的优质光束,脉宽可调范围依赖于抽运能量。增大抽运能量,脉宽可调范围也相应地增大。对双池受激布里渊散射系统的脉冲波形进行了数值模拟,理论计算结果与实验符合得很好。     

受激布里渊散射介质CCl4中脉冲传输与功率限幅特性

分析了受激布里渊散射介质CCl4对纳秒激光脉冲的传输特性及功率限幅特性. 结果表明：透射脉冲波形随抽运光能量增加而压缩变形，脉冲前沿保持高斯型，后沿被压缩成功率“平台”，功率“平台”随抽运脉冲能量增加而逐渐变宽，但功率水平不变，表明该光学系统具有的功率限幅特性. 详细分析了功率限幅特性随抽运能量的变化规律和时间响应特性规律，采用脉宽为10ns、波长为1.06μm的Nd:YAG激光脉冲进行实验验证，理论与实验结论相符合.  关键词： 受激布里渊散射 功率限幅     

高效率,窄脉冲1 198.5 nm Ba(NO3)2喇曼激光器

利用1064nm的Nd∶YAG激光抽运振荡腔内的硝酸钡晶体,获得高效率、窄脉冲的喇曼激光输出.硝酸钡晶体由水溶液降温法生长,长度为48 mm.喇曼振荡腔由对抽运光、一阶、二阶斯托克斯光有不同反射率的双色平面镜构成.当抽运光功率达到4.5 W时,获得最高的一阶斯托克斯喇曼激光功率为1.48 W,相应的转换效率为32.9%,并测得斜率效率为40%.由于受激喇曼散射的作用,喇曼脉冲光由抽运脉冲光的19.8 ns压缩为2.4 ns,获得的喇曼激光脉冲波形具有的“上升沿陡峭、下降沿缓慢”的特性,对其形成过程作了定性分析.测得喇曼激光的波长为1 198.5 nm,半峰全宽（FWHM）为1.2 nm.     

相遇时间对布里渊放大的影响

利用瞬态包含抽空的受激布里渊散射理论模型对布里渊放大器进行了数值模拟，给出了布里渊放大中能量提取效率，斯托克斯种子光放大率，斯托克斯种子光脉宽压缩率和抽运光脉宽压缩率在几种不同的种子光和抽运光能量比下随不同相遇时间的变化规律，在实验上取了三种不同的相遇时间进行了验证，理论与实验符合得较好。     

窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器的理论模型和数值分析

窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器在非线性频率变换、遥感探测和量子信息等领域有广泛的应用前景.综合考虑受激拉曼散射(stimulated Raman scattering,SRS)、受激布里渊散射(stimulated Brillouin scattering,SBS)、自相位调制(self-phase modulation)和交叉相位调制(cross-phase modulation)等非线性效应,建立了窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器的非线性动力学模型.仿真分析了放大器中脉冲激光的时频演化特性,对比研究了抽运脉冲宽度、光纤长度和信号光功率等因素对放大器性能的影响.研究发现,上述因素会影响放大器的SRS阈值、SBS阈值、输出激光线宽、激光转换效率等.例如,当脉冲宽度为800 ns时,SBS随着抽运功率的增加而发生,限制了激光功率的提升;减短抽运脉宽可以抑制SBS,但是输出激光的线宽易于展宽到数百MHz以上;增加光纤长度可以获得更低的SRS阈值和更高的转换效率,但是SBS效应和光谱展宽程度也随之增强.系统搭建中需要平衡各非线性效应,选择合适的系统参数.研究内容可以为窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器的设计搭建提供参考.     

Optical limiting effect based on stimulated Brillouin scattering in CCl4

The optical limiting effect based on stimulated Brillouin scattering (SBS) in a nonlinear medium was investigated. We numerically treated the nonlinear propagation process with a theoretical model, which includes the spontaneous nature of the initiation of SBS, and obtained optical limiting effect in the process. Energy limiting, pulse reshaping and stabilization have been demonstrated on SBS mechanism with the nonlinear medium CCl_4. The input optical signals were Nd:YAG nanosecond laser pulses with width varying from 16ns to 7ns then to 2ns, the relationship between the transmitted signal and launched pump signal was shown. In the experimental regime, the most stable pulse and a superior energy stabilization of the transmitted pulse were obtained when the laser pulse-width became as short as 2ns. For the energy variation of laser pulses in a wide range of 14－88mJ, the output energy was limited in a quite narrow range 4.5－5.5mJ.     

Highly efficient Raman conversion in O2 pumped by a seeded narrow band second-harmonic Nd:YAG laser

The first-Stokes conversion efficiency for a stimulated Raman scattering (SRS) is usually very low in gaseous oxygen media. In 3.0 Mpa O₂, a single longitudinal mode second harmonic Nd:YAG laser pump source gives a typical vibrational first-Stokes conversion efficiency of only 2.5%, In comparison, the accompanying stimulated Brillouin scattering (SBS) attains a reflectivity of 67%. However, by seeding an OPO beam into the Raman cavity, the first-Stokes photon conversion efficiency now attains a peak value of 54%, while the SBS reflectivity reduces to 5% in a 6.1 Mpa 41:59 O₂/ He mixture. This 54% efficiency was obtained for a seeder laser pulse-width less than one half that of pump laser (6.8 ns). A first-Stokes peak power conversion efficiency as high as 88% has been obtained when the pump and seeder pulse peaks coincide. So, we may expect a higher first-Stokes photon conversion efficiency if the seeder pulse-width can be made equal to or larger than that of the pump pulse. On the other hand, the beam quality of the first-Stokes in an O₂/ He mixture excels that of the pump laser for a seeder energy of 5 mJ and pump energy of 50 mJ. However, at pump energies higher than 105 mJ and a pump laser repetition rate of 10 Hz, the thermal defocusing effect worsens the first-Stokes beam quality. This thermal defocusing effect is a result of the Raman heat release and could be eliminated by fast circulating and cooling the Raman gas medium.     

光纤中受激Brillouin散射动态弛豫振荡特性及其抑制方法

为了避免在高功率光纤放大器和光纤相位共轭镜等实际应用中因受激Brillouin散射（SBS）造成的光纤损伤,根据描述SBS动态弛豫振荡特性的振幅耦合方程,利用有限差分的数值模拟方法研究了光纤中SBS的动态弛豫振荡特性,并对其抑制进行了初步探讨.得到了光纤中SBS弛豫振荡在不同的脉冲上升时间的时空三维图;同时利用方波和脉冲光作抽运光进行了相应实验研究,实验结果与理论模拟结果符合很好.结果表明,增大抽运光脉冲上升时间可以有效抑制因SBS而产生的弛豫振荡,进而避免因其造成的光纤损伤. 关键词： 受激Brillouin散射 动态弛豫振荡特性 有限差分法     

基于SBS效应激光波长对光学材料损伤的影响

从耦合波理论出发,采用纵向受激布里渊散射(SBS)模型,通过时域有限差分法数值求解了瞬态SBS耦合波方程组,得到了泵浦光、Stokes光强度及声波产生应力随时间的分布;研究了在三种常见波长激光(基频、倍频和三倍频)作用下SBS效应的发展过程及其对光学材料损伤过程的影响。结果表明:种子光作用主要体现在SBS起振阶段,一旦进入稳态阶段,Stokes光强及应力发展的最大值、稳态值依赖于泵浦光的大小;在相同脉冲宽度下,激光波长越短,SBS发生越早,发展越快,更易造成光学元件的力学损伤;三倍频激光产生最大应力为基频光产生最大应力的100倍,且相比于倍频激光,产生最大应力的时刻要提前15ns。     

200 Hz高重复频率SBS脉宽压缩实验研究

受激布里渊散射(SBS)脉宽压缩是实现高峰值功率、短脉冲激光输出的重要途径之一,然而,目前SBS脉宽压缩仅限于1~10 Hz低重复频率激光器,限制了高重频短脉冲激光器在激光雷达、空间碎片探测以及目标成像等领域的应用。基于此,开展了高重复频率下的SBS脉宽压缩实验研究。设计搭建了高重复频率的主振荡放大激光器,开展了SBS二次级联脉宽压缩和SBS振荡放大双池脉宽压缩实验。通过SBS二次级联压缩实现了脉冲宽度从~32 ns压缩到~1.9 ns,脉宽压缩比达16倍;而通过SBS振荡放大双池结构实现了脉冲宽度从~4 ns压缩到376 ps,脉宽压缩比达10倍。实验结果表明,采用该超净封闭型SBS相位共轭镜,在Stokes光输出能量达50 m J时,无光学击穿现象,实现了在200 Hz高重复频率下的SBS脉宽压缩。     

介质参数对受激布里渊散射特性的影响

 采用一维瞬态模型对受激布里渊散射（SBS）过程进行了数值模拟，研究了介质参数对SBS特性的影响规律；选取FC-72、FC-75、CCl₄、CS₂、丙酮、苯以及CCl₂/乙醇的混合溶液等作为散射介质，在Nd∶YAG调Q激光系统下进行了实验研究，比较了各种介质所产生的SBS脉宽、能量反射率和波形之间的差异，由此讨论了介质参数对SBS特性的影响。结果表明，介质增益系数越大，吸收系数越小，SBS能量反射率就越大；吸收系数越大，产生的SBS脉宽就越窄；声子寿命越短，SBS波形前沿就越陡，并且越容易出现调制现象。