(O)ffner展宽器曲面镜误差对输出脉冲对比度的影响

在(O)ffner展宽器的设计研究中,对曲面镜曲率半径的误差研究非常重要,它直接影响输出脉冲的质量.因此有必要分析(O)ffner展宽器中曲面镜曲率半径的误差对输出脉冲对比度的影响.参考(O)ffner展宽器的光线追迹模型,建立了(O)ffner展宽器中曲面镜曲率半径存在误差时的光线追迹模型;根据建立的模型.详细分析了曲面镜曲率半径的误差对输出脉冲质量的影响;发现在目前曲面镜曲率半径的加上误差在0.2%～0.5%的情况下,完全可以满足神光Ⅱ拍瓦激光装置中对展宽器的要求;同时发现如果曲面镜曲率半径存在误差时,应该尽量使两曲面镜之间的距离保持为凹面反射镜曲率半径的一半,而不是使两曲面镜保持同心.     

基于耗散孤子种子的啁啾脉冲光纤放大系统输出特性

以不同滤波器带宽下获得的全正色散光纤激光器耗散孤子作为啁啾脉冲放大(CPA)系统的种子脉冲, 研究了光栅对和光纤展宽器CPA系统输出脉冲的可压缩性. 结果表明, 对于大能量耗散孤子种子脉冲, 当CPA系统采用正色散光纤展宽器时, 光纤群速色散与自相位调制之间的相互作用不仅可抑制耗散孤子脉冲光谱调制的影响, 还可使脉冲在光纤展宽器中自相似演化, 从而可提高CPA输出脉冲的可压缩性. 通过优化光纤展宽器长度, 对于耗散孤子种子源, 采用光纤展宽器的CPA系统输出脉冲可压缩性与主脉冲所占脉冲总能量之比均优于采用光栅对展宽器时的情况.     

基于交叉偏振波产生的脉冲净化技术研究与应用

本文利用交叉偏振波产生技术(XPW)对800 nm波段钛宝石飞秒激光器输出的激光脉冲进行时域净化, 提高脉冲时域对比度, 并测量验证了10¹¹对比度的脉冲, 达到测量仪器的动态范围极限, 比初始脉冲时域对比度有三个量级的提高, XPW的效率为22%. 同时发现净化后脉冲光谱宽度也得到一定展宽, 进一步利用啁啾镜对和补偿片对净化后的脉冲进行色散补偿, 得到25 fs脉宽的脉冲. 利用该净化后的激光脉冲作为种子注入已有的太瓦级钛宝石啁啾脉冲放大系统中, 在输出脉冲能量250 mJ, 宽度50 fs, 对应峰值功率5 TW的情况下, 在主脉冲前100 ps以外的范围内测量验证了10¹¹的脉冲对比度.     

大口径啁啾脉冲放大激光系统光的谱剪切分析

啁啾脉冲放大（CPA）技术为获得拍瓦级峰值功率和102^20W／cm^2高峰值聚焦功率密度提供了技术手段，从而使“快点火”成为可能。啁啾脉冲放大的原理是：超短脉冲激光先经过展宽器展宽，再进入放大器放大，最后放大脉冲经过压缩器压缩输出超短脉冲。展宽器和压缩器均由光栅对构成，展宽器通过引入正色散获得正啁啾脉冲，压缩器与展宽器共轭引入负色散补偿正啁啾获得超短脉冲输出。啁啾脉冲在展宽、放大和压缩中存在光谱剪切（或称光谱变化）和高阶分布，从而对输出脉冲时空特性产生影响。     

采用块材料展宽器的紧凑型飞秒掺钛蓝宝石激光再生放大研究

采用特殊结构的块材料作为脉冲展宽器的紧凑型掺钛蓝宝石再生放大器设计,相对传统设计展宽器结构更加简洁可靠,利用棱栅对结构进行脉冲压缩,在25 W,527nm,1kHz的激光泵浦条件下,输出单脉冲能量为3.5mJ,重复频率1kHz,脉冲宽度为30fs的超快激光脉冲.稳定性测试发现,8h功率抖动性小于0.7%.     

光学参量啁啾脉冲放大中时间抖动对飞秒脉冲对比度的影响

 基于宽带脉冲的计算模型,采用4阶龙格-库塔法研究了光学参量放大所满足的三光波耦合方程。数值结果表明:时间不同步导致大量本底能量不能被压缩,使本底形成,导致飞秒脉冲展宽,如抖动从0变化到150 ps,则其预脉冲宽度由0.2 ps展宽到0.7 ps,降低了输出飞秒激光对比度,并导致输出能量稳定性降低。采用长而平滑泵浦光脉冲、选择适当长度的非线性晶体、并使系统工作于增益饱和区,能实现高对比度和高稳定的飞秒激光输出。     

用于OPCPA高展宽比的展宽器

 根据öffner展宽器的原理和设计，进行了光学参量啁啾脉冲放大系统中信号光脉冲展宽的实验研究。通过数值方法，合理地选择了展宽器光学元件的各项参数，即光栅常数为1 800 (102 mm×102 mm),凹面镜曲率半径为1 000 mm,凸面镜与凹面镜之间的距离为653 mm,信号光入射角为51.05°。实验结果表明，优化后的öffner展宽器可以将脉宽为30 fs的信号光脉冲展宽到545 ps, 展宽比为18 167,满足OPCPA放大的需要。     

八通式单光栅展宽器的特性研究

本文通过对八通式单光栅展宽器的分析,理论上计算了在啁啾脉冲放大过程中,初始入射的无啁啾超短脉冲相继两次通过展宽器时每次所能获得的展宽倍数,最终得出它第二次的展宽倍数仅约为2,总的展宽倍数是第一次展宽倍数的2倍.     

ffner展宽器高倍率展宽脉冲的理论与实验研究

在理论上分析了 ffner展宽器的色散特性 ,给出了展宽脉冲随 ffner展宽器系统参数变化的关系 .据此在实验上建立了一台 ffner飞秒展宽器系统 ,将 19fs的种子脉冲无色差展宽至 6 0 5ps ,测量结果与理论计算一致 .     

啁啾脉冲的光谱整形

为了获得更高功率的输出激光脉冲,需要将注入到主放大链的种子脉冲进行光谱整形来补偿放大过程中的增益窄化效应.利用展宽器中啁啾脉冲的光谱具有空间排布的特点.采用石英晶体平凸透镜空间光强度调制器间接地实现窄带激光脉冲的光谱整形,在展宽器的输出端获得了光谱呈平顶分布的种子啁啾脉冲.通过调节偏振片的透偏方向,可方便地调谐输山脉冲光谱的形状.     

Analysis of the adjustment precision of the stretcher in the petawatt laser facility

Effects of stretcher adjustment aberration on the residual dispersions of the laser system is analyzed making use of the ray tracing method. It is shown that the adjustment aberrations affect the pulse contrast and we must select an appropriate adjustment precision for the stretcher in the petawatt laser system. And as an example, a proper adjustment precision of the pulse stretcher is also proposed for the SHENGUANG (SG) II laser facility.     

展宽压缩器的谱透过率对短脉冲时间特性的影响

为了考察短脉冲激光装置中展宽压缩器的谱透过率对输出脉冲时间特性的影响,通过解析推导得到了激光脉冲通过平行光栅对的谱透过率表达式。结果表明:谱透过率不仅与光栅尺寸及光栅线密度有关,还与光束口径、入射角、光栅间距等参数有关;通常情况下展宽器的截止带通较小,对脉冲的信噪比有较大的影响;而压缩器中由于光束口径很大,有很宽的渐变透过率带通,对压缩后的脉宽及信噪比有利。目前常见的短脉冲激光系统中,限制输出脉冲信噪比的往往是展宽器而非压缩器。     

电容放电式脉冲励磁电源研究

 针对大型直线感应加速器单次工作的特点，研制了一种电容放电式脉冲励磁电源。该电源利用电容器的储能特性，取代常规电源的变压整流滤波部分，先对其以小电流恒流充电，然后再以大电流恒流放电来获得直线感应加速器励磁电流。对这种电源进行了理论分析和模拟计算，模拟结果与实验结果基本一致。实验结果表明：这种电源能够脉冲工作，同时输入功率大幅度降低，在输出电流500 A，持续时间0.3 s时，输入功率400 W，输出功率25 kW，电流稳定度0.2%， 谐波小， 电流纹波小，所用电容器100块左右(33 mF)，经济上也可承受，是一种非常适合直线感应加速器的励磁电源。     

X波段脉冲压缩装置的数值模拟及优化设计

 利用有限元方法，通过调节X波段脉冲压缩装置的腔体长度、输入膜片宽度、输出耦合口位置等参量，研究了这些参量对谐振频率和品质因数的影响关系。研究表明：通过微调腔体长度并优化结构参数，可以将该装置的工作频率限制在规定的范围内；输入膜片缝隙由宽变窄的过程中，驻波比由大变小，达到临界耦合后，驻波比又由小变大，且谐振频率略有升高；品质因数与H-T分支的T形输出口的微波泄露密切相关，而该输出口泄露的大小随短路面到H-T分支中线的距离周期性变化。模拟得到的膜片距输出口中线长度为1 133.75 mm，分支中线到短路面的长度为95.25 mm，输入膜片宽9 mm，本征频率为9.387 2 GHz，输入耦合系数为1.15，品质因数为8 000。根据数值模拟结果，优化设计了一套脉冲压缩装置，实测得到的工作频率为9.388 4 GHz，输入耦合系数为1.03，品质因数为5 500。由于该装置输出口微波泄露较大，因此实测的品质因数比模拟的要小一些，这一点可以通过改进终端滑动短路面的调节方式来改善。     

OPCPA系统中光栅对不平行度对脉冲时间波形的影响

 利用光线追迹法和四阶龙格-库塔法分析了光参量啁啾脉冲放大系统中实际展宽器和压缩器所带来的各阶色散，并将其代入放大过程数值模拟了脉冲变化的情况，讨论了压缩器光栅对表面不平行、刻线不平行、信号光强度、泵浦光强度等因素对输出脉冲宽度和时间波形的影响。结果表明，光栅对表面不平行将引起脉冲宽度变大，且光栅顺时针旋转对脉冲宽度和波形影响更大。而光栅刻线不平行时，当仅考虑二阶色散时，夹角为0.8°时脉宽最小，考虑到三阶色散时，夹角为1°脉宽最小，且光栅顺时针和逆时针旋转对脉冲的作用相同。对实际OPCPA系统，当放大晶体材料及长度一定时，尽量调整压缩器光栅平行，信号光强度和泵浦光强度有一最佳值能使输出脉冲宽度达到最小。     

Optimization of grating size in chirped-pulse-amplification. laser system

We performed calculations for a chirped-pulse-amplification laser system with a sub-100-fs pulse duration including the finite size of gratings in an aberration-free stretcher/compressor design. Both the higher-order phase dispersion and the spectral clipping, which is due to the finite size of the optics in the stretcher and the compressor, are taken into account in the calculation. We discuss the influence of both phase dispersion and spectral clipping on the important parameters of the recompressed pulse, such as pulse duration, pulse contrast, and peak intensity, employing different phase-dispersion compensation methods. The calculations show that the use of a small compressor grating reduces the higher-order phase errors and smoothes the sharp spectral cut-off caused by spectral clipping in the stretcher, which consequently improves the pulse contrast ratio of the main pulse to the pedestal. Received: 1 April 2000 / Published online: 8 November 2000     

用于OPCPA展宽器的原理和优化设计

给出了一种ffner型展宽器的原理和设计,在光线追迹法的基础上用Matlab辅助程序进行了数值模拟计算,得到了影响展宽器性能参数的直观图形,并对这些参数如何影响展宽器的性能进行了分析讨论,最后给出了用于OPCPA展宽器的最优化设计参数.结果表明这种展宽器能将15 fs的脉冲展宽到900 ps.