20TW超短脉冲激光装置的研制

 介绍了基于啁啾脉冲放大技术的20TW全钛宝石超短脉冲激光装置的研制。该装置的主放大器采用全像传递的空间四程放大构型，可以保持良好的近场分布和提高能量转换效率。主放大器的钛宝石晶体为30mm×15mm，6台调Q倍频的YAG激光器泵浦。压缩后脉宽50fs，能量1J，峰值功率可达20TW，聚焦功率大于3×10¹⁸W/cm²。     

钛宝石再生放大器实验研究

分析了啁啾脉冲在钛宝石再生放大器中的能量增益与泵浦光及信号光光束口径的关系。并用不同能量的调Ｑ倍频ＮｄＹＡＧ激光器的５３２ｎｍ光为泵浦光，测量了２ＴＷ钛宝石激光系统中钛宝石再生放大器在无注入信号脉冲时和有注入信号脉冲时的脉冲建立时间及相应的输出能量大小。再生放大器的增益为２×１０７。     

可用于超精细加工的高重复率、高光束质量飞秒再生放大脉冲的产生研究

通过飞秒放大增益饱和理论及飞秒脉冲展宽的理论计算与分析，指出在优化放大腔结构参数及改变抽运光能量情况下，可以在省略展宽器基础上实现中等能量的飞秒脉冲再生放大.以此为依据，采用低抽运能量和放大腔中钛宝石晶体离焦技术，成功地进行了无展宽器的高重复率飞秒钛宝石再生放大及压缩技术的实验研究，并获得了高光束质量的飞秒放大光脉冲，放大光脉冲能量大于100μJ，重复频率为1kHz，光谱带宽7.7nm，压缩后脉宽500fs. 关键词： 飞秒光脉冲 再生放大 光束质量 增益饱和     

无展宽器的高重复率钛宝石啁啾飞秒脉冲再生放大器的研究

通过优化放大腔结构参数和采用高光束质量的泵浦激光,依靠放大器腔内各个元件的色散展宽种子脉冲, 用钛宝石作为增益介质, 在低泵浦能量下, 实现了高光束质量,高稳定的中等能量的高重复率飞秒脉冲再生放大. 将钛宝石晶体离焦放置,有效的避免了光学损伤. 在1.1 mJ的绿光泵浦下, 获得了2 ps, 120 μJ, 重复频率为1 KHz, 光谱带宽7.8 nm的放大脉冲, 用石英棱镜对压缩可得到130 fs的激光脉冲.     

钛宝石激光再生放大器的研究

最近,我们采用上海光机所生产的(5.2×5.5×10)mm 的钛宝石激光晶体作为再生放大器的激光介质,实现了钛宝石激光再生放大器的运转.获得了1.2mJ 的能量输出.再生放大器的泵浦源是调 Q 的倍频 Nd:YAG 激光器,它的输出光脉冲宽度小于10ns,脉冲重复频率为10Hz,实验中为避免损伤晶体,采用的泵浦能量为50mJ.种子脉冲来自于自锁模钛宝石激光器,种子脉冲首先经过光栅展宽后再注入到再生脉冲,然后进行放大.注入的种子脉冲能量为1nJ,再生腔为平凹腔,R 为4m,腔长为1.65m.再生放大器的实验结果如图所示.     

5 TW/40 fs级台式钛宝石激光系统研究

在TSA-25系统输出35 mJ,800 nm啁啾脉冲的基础上,建立了以钛宝石作为增益介质的二级啁啾脉冲放大(CPA)系统。使用0.6 J和1.6 J,532 nm,10 Hz Nd∶YAG激光抽运,输出脉冲能量达到500 mJ,经压缩脉冲宽度为41 fs,压缩器的能量转换效率为63%,峰值功率可达7.6 TW。通过对放大器系统的钛宝石晶体、抽运密度以及多通结构通道数的选择等实验,有效地提高了能量放大器的萃取效率。其主放大器能量萃取效率达到32%,整个系统占用尺寸不到10 m2。     

光参量啁啾脉冲饱和放大的增益稳定性

 光参量啁啾脉冲放大（OPCPA）在饱和放大区存在一个增益稳定点，据此设计了一个输出稳定的三级OPCPA系统；第一、二、三级分别选用准相位匹配的周期极化钛氧磷酸钾（PPKTP）晶体、LBO晶体和KDP晶体作为增益介质。饱和放大时，增益随泵浦光强度变化时的增益输出稳定性明显改善，在泵浦光强度抖动低于6%的情况下，各级光参量放大器OPA输出的增益抖动小于1%。前级采用准相位匹配的PPKTP晶体作为增益介质，在远低于破坏阈值的30MW/cm²的泵浦功率密度下，可得到2×10⁵的饱和放大增益和20%的能量转换效率。     

高功率LDA紧密侧面抽运Nd:YLF两级双程离轴放大系统实验研究

 介绍了一台10mm口径两级双程离轴放大系统，实现了对5mm×5mm口径光束的激光放大，耦合系统采用高功率LDA紧密侧面直接抽运棒状Nd:YLF方式。分析并实验研究了在不同抽运电流、放大脉冲与放大器LDA抽运时刻的不同延时及不同注入能量条件下，放大系统及光束每次放大时放大特性的规律。实验得到：在放大系统5mm×5mm软光阑处注入1.58mJ能量时，放大系统可输出129.2mJ能量，能量提取效率达到19.5%，满足该系统的设计指标。     

无水冷LD侧面泵浦Nd∶YAG固体激光放大器

通过对行波放大器储能及小信号增益进行理论计算,模拟出输出激光特性,即随着放大器泵浦电流的增加,放大器增益介质内储存能量和小信号增益系数快速增长,提取效率达到76%以上.输出能量随放大器泵浦电流的增加,呈线性增长趋势,在泵浦电流为80A时,输出光能量逐渐饱和,最大输出能量为798mJ.实验中,放大器入射光源采用脉冲能量为350mJ、重复频率为10Hz、脉宽为10ns的脉冲激光,放大器中的Nd∶YAG晶体棒尺寸为Φ7.5mm×134mm,Nd~(3+)的掺杂浓度为1.1%,泵浦功率最大24kW,使用三个最大功率为66 W的半导体制冷器进行半导体热电制冷,在重复频率为10Hz,泵浦电流为80A,泵浦脉冲宽度为200μs时,获得了最大脉冲能量为700mJ、脉冲宽度为10ns的激光输出,通过光束质量诊断仪M-200S测得输出光束在水平和垂直两个方向的光束质量分别是7.9和12.4.     

百太瓦级超短超强钛宝石激光装置

100TW级激光装置采用了全钛宝石的啁啾脉冲放大技术路线，可以输出3个不同功率段，以适应不同物理实验需求。前端系统是一个台面TW量级系统，主要包括钛宝石自锁模飞秒振荡器、Offner无像差展宽器、再生放大器、预放大器及主放大器。从前端系统主放输出的脉冲能量高达300mJ。为了克服再生放大器中的增益窄化效应及预补偿放大过程中引入的光谱振幅和位相畸变，在飞秒振荡器后应用一个可编程的声光色散滤波器（AOPDF）。AOPDF可以对脉冲光谱的振幅和位相进行主动的调制，补偿增益窄化效应及高阶色散引起的位相畸变。没有应用AOPDF进行预调制，则再生放大器输出的光谱宽度为25nm；当应用AOPDF进行适当调制后，再生放大输出的光谱宽度为40nm，因而最后的压缩脉冲可以获得更窄的压缩脉宽。     

Parasitic lasing in large aperture Ti:sapphire chirped pulse amplifier

We research some properties of parasitic lasing(PL) in the Ti:sapphire chirped pulse amplifier with the crystal diameter of 100 mm. The evolutionary process from the spontaneous emission to the PL and its influence on amplified output energy, spectrum, and beam profile are experimentally measured. The threshold of PL in the crystal is 22 J, and the output signal can still keep rising with the pump when the pump energy is below 38 J. The PL has no obvious impact on the output spectrum and beam profile besides the energy.     

基于大基模体积的10mJ飞秒钛宝石激光再生放大器

文章报导了基于大基模体积的高能量飞秒钛宝石激光再生放大器的设计与实验研究,在重复频率10 Hz、抽运能量60 mJ的激励下,得到了单脉冲能量17.4 mJ的种子脉冲放大结果,压缩后的脉冲宽度为40.6 fs,能量为13.9 mJ.借助于此大基模体积再生腔,仅增加一级多通放大,实现了峰值功率达1.9 TW飞秒激光脉冲输出.结果表明,大模体积再生放大不仅降低了后续放大对抽运能量的要求,也可以单独压缩实现再生腔直接输出10 mJ量级的飞秒激光脉冲,是大能量高峰值功率飞秒激光系统的优质前端.     

高功率LDA紧密环绕抽运Nd:YLF放大器实验研究

 采用高功率LDA紧密环绕抽运10mm×10mm Nd:YLF和两级双程离轴行波放大结构，实现了对5mm×5mm口径激光的放大。分析并实验研究了在不同抽运电流及不同抽运延时条件下，激光放大器及两级双程离轴放大系统小信号增益的规律。实验得到两级双程放大系统的小信号净增益可达600。     

PW级掺钛蓝宝石激光放大器中横向寄生振荡控制

 介绍了目前世界上在建的第一台掺钛蓝宝石激光系统中大口径晶体内横向寄生振荡的抑制方法。采用一种掺炭的热塑料MeltMount 1.704作为折射率匹配材料，掺入炭粉作为吸收体。理论上它可以将晶体中的寄生振荡阈值从13增加到2100。     

Design and demonstration of a high-energy booster amplifier for a high-repetition rate petawatt class laser system

We have successfully developed a high-energy, high-repetition rate Ti:sapphire laser system that delivers 33 J before compression at 0.1 Hz. The final booster amplifier is based on a 100 mm diameter Ti:sapphire crystal pumped with 72 J of energy in six beams delivered by three frequency-doubled high-repetition rate Nd:glass lasers. This system is, to the best of our knowledge, the first demonstrated petawatt class laser system running at a high repetition rate.     

Experimental demonstration of joule-level non-collinear optical parametric chirped-pulse amplification in yttrium calcium oxyborate

In this Letter, we report on what is, to our knowledge, the first experimental demonstration of yttrium calcium oxyborate (YCOB) for joule-level and broadband non-collinear optical parametric chirped-pulse amplification centered at 800 nm. Based on a Ti:sapphire chirped-pulse amplification front end, an amplified signal energy of 3.36 J was generated with a pump of 35 J in the crystal. Compressed pulse duration of 44.3 fs, with a bandwidth of 49 nm, was achieved. The results confirm that YCOB crystal is another potential alternative as a final amplifier besides Ti:sapphire in a petawatt laser at 800 nm.     

A compact Ti:sapphire femtosecond pulse amplifier without stretcher at high repetition rate

We report a simple approach to amplify Ti:sapphire femtosecond pulses to moderate energy levels by achirped regenerative amplifier. The seed pulses are broaden naturally because of the material dispersionof system components in regenerative cavity. The off-focusing Ti:sapphire crystal avoids effectively theoptical damage. It sustains amplification over a wavelength range from 775 nm to more than 810 nmwith a birefringent filter and an oscillation bandwidth of 7.7 nm, and produces 2.1 ps chirped outputpulse energy of 100μJ at 1.1-mJ pumping energy. This system shows good performances in stability andefficiency with the benefits of two thin-film polarizers and TEM00 mode pumping laser.     

Suppression of parasitic lasing in large-aperture Ti:sapphire laser amplifiers

Transverse, parasitic lasing has been observed in several large Ti:sapphire disk amplifiers. It severely limits the signal gain and the pulse energy that can be extracted from the amplifier. We have developed a technique for suppressing these parasitic lasing modes based on index matching the crystal edges with an absorbing doped polymer thermoplastic. The parasitics are completely suppressed for the range of aperture sizes and pump fluences studied here. A comparison of the amplifier performance before and after edge cladding is presented for several Ti:sapphire crystals.