基于光折变效应提升啁啾脉冲信噪比的光谱扫描滤波法

基于光谱扫描滤波原理,提出了一种利用光折变效应来提高啁啾脉冲信噪比的扫描滤波方法,并进行了理论分析。针对内置光折变晶体的Fabry-Perot (F-P)标准具光谱扫描滤波装置,定量分析了其透射谱特性,详细讨论了Fabry-Perot(F-P)标准具两平板的反射率、透射谱窗口带宽、外加场的控制参数以及信号光啁啾率变化等对啁啾脉冲信噪比的提升及其滤波透射率的影响。结果表明,F-P两平板的反射率越高,则透射谱越尖锐,透射窗口越窄,滤波效果也就越好。为了得到有效的信噪比提升,一般要求其反射率大于0.99;外加场的控制和信号光啁啾率的变化对扫描滤波的影响较大,在实际工作中,应尽量保证外加场和啁啾率的精确控制,以确保信号光和滤波函数的同步匹配。针对中心波长800 nm的啁啾信号脉冲,采用提出的光谱扫描滤波方法,对放大自发辐射(ASE)的随机噪声与预脉冲进行滤波,可得到近3个量级的信噪比提升效果。     

利用Mach-Zehnder干涉仪提升啁啾脉冲信噪比

基于内置电光晶体的Mach-Zehnder干涉仪,利用Mach-Zehnder干涉仪双光束干涉原理和晶体的线性电光效应,提出了一种新的能有效提高啁啾脉冲信噪比的扫描滤波方法。定量分析了其扫描滤波谱特性,探讨了预脉冲噪声延时对信噪比提升效果的影响,并讨论了电光晶体的电压控制参数对信噪比提升效果的影响。研究结果表明:预脉冲噪声的延时和控制电压的变化会对滤波效果产生较大影响,利用该扫描滤波方法可将啁啾脉冲激光信噪比提升约2个量级,且信号光透过率高达95%以上。     

提升啁啾脉冲激光信噪比的扫描滤波方法

基于扫描滤波原理, 提出了一种新的用以提升啁啾脉冲激光信噪比(signal-to-noise, SNR)的光学扫描滤波方法. 针对内置电光晶体的Fabry-Perot标准具的扫描滤波方案, 定量分析了其扫描滤波谱特性, 详细讨论了Fabry-Perot标准具平行平板的镜面反射率和内置电光晶体类型对输出脉冲信噪比的影响, 并进一步探讨了控制电压变化对信噪比提升效果的影响. 结果表明, 扫描滤波器的透射窗口带宽越窄, 信噪比的提升效果越好; 为了保证输出效果, Fabry-Perot标准具平行平板反射率应大于0.9; 对于内置二次电光晶体钽铌酸钾晶体的Fabry-Perot标准具扫描滤波方案, 其外加电压较内置普通线性电光晶体的方案更低, 且更易于控制; 钽铌酸钾晶体构成组分的不同对滤波器效果的影响并不大, 而控制电压和信号光啁啾率的变化则会对滤波效果产生较大影响.     

光谱扫描滤波法提升飞秒激光信噪比的理论分析

在时间--频率域中,啁啾脉冲被淹没在放大自发辐射等噪声中,且其瞬时频率线性分布,基于此,提出采用光谱扫描滤波的办法来提升高功率飞秒激光系统的信噪比,并以法布里--珀罗干涉仪作为光谱扫描滤波器,对该法提升信噪比的效果进行了详细的理论分析.采用短时傅里叶变换方法,研究了光谱扫描滤波器对自发辐射放大(ASE)的滤波效果,数值分析表明,在时间抖动为-2 ps到2 ps之间、光谱扫描滤波器的通带宽度为0.4 nm条件下,该法能将飞秒激光系统的信噪比提升2个量级,而啁啾信号光以超过90%的透光率通过光谱扫描滤波器;级联光谱扫描滤波方式能进一步提升飞秒激光信噪比.     

基于内置电光晶体F P标准具的扫描滤波方法

基于内置电光晶体的F-P标准具,利用F-P多光束干涉原理和晶体的线性电光效应,提出了一种能有效提高啁啾脉冲信噪比的扫描滤波方法。给出了电光晶体加载电压的时变函数表达式,分析了影响信噪比提升效果的主要因素,并重点讨论了电光晶体的电压控制参数对信噪比提升效果和滤波器透过率的影响。研究结果表明,利用该扫描滤波方法可将啁啾脉冲激光信噪比提升约2个量级。     

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.     

超短脉冲在单块晶体中的三次谐波理论模拟

讨论了群速度失配、自相位调制和交叉相位调制、晶体厚度、基波的频率啁啾等因素对超短脉冲单块晶体的三次谐波转换效率、三倍频光脉冲形状以及频谱的影响.结果表明：群速度延迟使三倍频光脉冲展宽；自相位调制和交叉相位调制会降低转换效率,并使三倍频光脉冲形状发生畸变；晶体厚度对三倍频光脉冲频谱展宽有着较大的影响；合适的基频光频率啁啾可以减小三倍频光脉冲的畸变,并有效地提高三倍频转换效率.     

抽运光中ASE噪声对OPCPA信噪比的影响

惯性约束核聚变快点火实验,要求拍瓦终端输出再压缩的高信噪比超短激光脉冲.在拍瓦前端光参变啁啾脉冲放大(OPCPA)阶段,抽运激光脉冲中由放大的自发辐射(ASE)噪声调制导致的电场强度振幅和相位的随机扰动.将会被传递到信号光的光谱E.使再压缩后主激光脉冲前后出现底座.降低了信号光的信噪比.数值模拟了抽运激光脉冲中ASE噪声对信噪比以及对时间底座的宽度的影响,并探讨了有利于提高超短激光脉冲信噪比的途径.     

初始啁啾对双曲正割光脉冲线性传输特性的影响

采用分步傅里叶方法数值研究了初始线性啁啾和非线性啁啾双曲正割光脉冲在单模光纤反常色散区的线性传输特性，并与啁啾高斯脉冲的线性传输特性作了比较.给出了双曲正割光脉冲频谱宽度和时间带宽积随初始线性啁啾变化的表达式.结果表明，双曲正割脉冲在线性啁啾|C|>0.1时随传输距离的增加逐渐演化成近高斯型，在0≤|C|≤0.1时最后将演化为近双曲正割脉冲.|C|越小，脉冲时域波形越趋近双曲正割曲线.负啁啾对脉冲时域展宽的影响比正啁啾要大得多.当|C|≥0.5时，初始啁啾对双曲正割光脉冲展宽的影响比对高斯脉冲的影响更大.非线性啁啾双曲正割光脉冲在线性传输过程中会出现时域波形分裂现象，比具有相同啁啾的高斯脉冲时域波形分裂严重. 关键词： 频率啁啾 双曲正割光脉冲 线性传输 时域波形分裂     

低成本啁啾脉冲光源用于光码分多址系统的优化改进

低成本脉冲光源应用于光码分多址系统,有助于光码分多址系统的实用化进程。对实用化的啁啾脉冲光源应用于光码分多址系统进行了优化改进。研究啁啾脉冲光源本身啁啾的消除即压缩啁啾脉冲对编解码性能的提升作用。针对通常实用的啁啾脉冲光源的谱宽相对较窄而不能充分覆盖编解码频谱的现实,研究利用编解码器频谱的半边带进行编解码以改善解码性能的效果。仿真和实测数据表明,对啁啾脉冲进行消啁啾、压缩脉宽有助于提高编解码性能;利用编解码频谱的半边带进行编解码能够更加充分利用光源频谱,编解码性能进一步得到优化。研究结果表明消啁啾和半边带能够改进啁啾脉冲光源用于光码分多址系统的有效性。     

Theoretical Analysis on scanning spectral filter based on the bi-refraction electro-optical interferometer for pulse contrast improvement in femtosecond laser

A spectral scanning filter method to improve the pulse contrast in the femtosecond chains is proposed, which is made using of the character that the instantaneous frequency varies with the time approximately linearly for the chirped pulse in the time-frequency domain. A spectral scanning filter based on the bi-refraction electro-optical interferometer is proposed and analyzed. The spectral scanning filter for reducing the ASE intensity is analyzed in the time–frequency domain by using the Short-Time Fourier Transformation method. The results show that the pulse contrast can be improved by two orders, and the transmission efficiency of the chirped pulse can exceed 85% when the synchronizing time jitter ranges from ? 50 ps to 50 ps adopting the cascaded filter method. The great advantage of this novel nonlinear spectral filter technology fits the high energy and high peak intensity femtosecond chains for it filters the ASE in the near field in temporal domain.     

基于普通汞灯光源的横向塞曼效应背景校正大气汞检测方法研究

精确的背景校正决定着冷原子吸收法检测痕量汞的检测下限,研究了基于普通汞灯光源的横向塞曼效应背景校正大气汞检测方法.汞灯光源253.65 nm共振谱线在磁场中垂直于磁场方向产生σ-,σ+和π三个线偏振光.利用超高分辨率光谱仪获取不同磁场强度下汞样品池对σ-,σ+和π线偏振光的吸光度,分析横向塞曼效应背景校正方法所需的最小磁场强度;在1.78 T强磁场强度下,分析了窄带吸收气体苯、宽带吸收气体丙酮对横向塞曼效应背景校正大气汞检测方法可能存在的干扰;利用σ-,σ+作为背景光,π线偏振光作为吸收光,对不同长度的饱和汞蒸气样品池测量,精确背景校正后,吸光度拟合曲线R值达到0.99.实验结果表明基于普通汞灯光源的横向塞曼效应背景校正大气汞检测方法可以实现精确背景校正,能够应用于大气环境痕量汞检测.     

氯化氢共振多光子电离光谱：F1Δ2态的光谱微扰分析

通过共振多光子电离-飞行时间法, 记录了氯化氢分子在84800-85700 cm^-1范围内, F¹Δ₂ (v’=1) 里德堡态以及V¹∑⁺ (v’=13, 14) 离子对态的电离产物H⁺, ³⁵Cl⁺, H³⁵Cl⁺ 及其同位素的光谱数据. 由于受离子对态V¹∑⁺ 的作用, F¹Δ₂ (v’=1)态呈现出明显的近共振相互作用特性. 为了分析F¹Δ₂与V¹∑⁺态之间存在的光谱微扰, 基于光解离电离通道的分析, 并针对F¹Δ₂ (v’=1)态离子信号比的变化, 将离子信号二能级作用模型优化到三能级的作用模型, 计算得到了微扰强度值为0.6 cm^-1, 预解离系数γ为0.025. 此外, 对于F¹Δ₂ (v’=1) 与V¹∑⁺ (v’=13, 14)态的三个振动能级的光谱峰位置, 采用光谱解微扰法拟合, 同样得到了类似的微扰强度和去微扰后的各光谱参数. 研究表明, 激发至F¹Δ₂ (v’=1)态得到的H⁺, Cl⁺ 离子主要是该态通过与离子对态耦合作用而产生, 而F¹Δ₂ (v’=1) 态光谱位置偏移不仅受离子对态而且还受其他里德堡态作用的影响. 同时, 非零γ 值证实了F¹Δ₂态预解离的存在. 关键词： 光解离电离 里德堡态 离子对态 光谱微扰     

锰离子对镥基纳米晶体的荧光调控与增强

通过调控Mn²⁺的掺杂浓度,在镥基纳米晶体成功地实现了六方、四方混合相到纯四方相的相位转变,并详细讨论了其相变机理. 时域和频域光谱的分析表明,立方相Na₅Lu₉F₃₂：40% Mn²⁺,20% Yb³⁺,2% Ln³⁺（Ln=Er³⁺,Ho³⁺）纳米晶体内的准纯红色荧光发射主要由Mn²⁺和Ln³⁺之间的两步能量转移引起. Mn²⁺掺杂后引起了发光离子附近局域对称性的降低,使得电偶极跃迁的辐射速率明显增加,进而导致了上转换、下转换荧光的极大增强. 该研究结果在生物荧光成像、太阳能电池效率的提高方面具备潜在的、广阔的应用前景. 关键词： 镥基纳米晶体 电偶极跃迁 两步能量转移 局域对称性     

Anomalous spectral behaviour of diffracted chirped Gaussian pulses in the near field

By using the Fourier transform method, analytical expressions for the axial power spectrum and near-field intensity in the spacetime domain of chirped Gaussian pulses diffracted at an aperture are derived, which permit us to study changes in spectral and temporal profiles of the chirped Gaussian pulses both analytically and numerically. Detailed numerical results and physical analysis show that spectral anomalies take place in the neighbourhood of certain critical distances, and the shifting of maximum and splitting of temporal intensity profiles appear. In particular, for ultrashort chirped pulses, there exists also spectral switch. Besides the truncation parameter, the chirp parameter and pulse duration affect the behaviour of spectral switches.     

啁啾脉冲频域干涉仪相位重建方法的理论研究

理论研究了啁啾脉冲频域干涉仪的时域相移重建技术,对于接近实际的频谱干涉条纹,分别采用傅里叶变换和小波变换的方法完成了时域相位扰动信号的重建。傅里叶变换方法产生的重建误差受到滤波参数的影响,相对而言,小波变换方式解谱过程中,不需要进行特意的滤波操作,从而避免了重建结果存在误差不确定性的问题。     

线性啁啾脉冲频域-时域相移转换的模拟研究

在超快激光与物质相互作用的实验中, 实现单束实时的频谱干涉测量对提高测量精度很重要。基于频谱干涉原理和线性啁啾脉冲瞬时频率与时间的线性关系对啁啾脉冲频域相移直接映射为瞬态时域相移的原理进行了理论研究; 推导出这种频域-时域相移映射模式成立的限制条件。对相移直接映射过程进行了数值模拟和分析, 结果显示, 该方法可以得到具有瞬态特性的时域相移, 具有单束测量的能力; 在微扰和带宽一定的条件下, 增加探测脉冲的啁啾量, 可以减小频域-时域相移映射过程中产生的误差。     

Effect of the spectral distribution of a chirped pulse on the interaction of the high-power laser radiation with matter

The interaction of high-power picosecond laser radiation with solid targets is experimentally studied for the first time at various spectral distributions of a chirped laser pulse. The interaction of the high-power laser radiation with the target is studied at four regimes of the experimental setup: (i) at a relatively high contrast (10³) in the picosecond (Δt ～ 25 ps) range, (ii) at a relatively low contrast (3 × 10¹) in the picosecond (Δt ～ 25 ps) range, (iii) with spectral distortions of the chirped pulse, and (iv) with a strongly modulated spectrum of the chirped pulse. The results obtained reveal a strong dependence of the atomic and nuclear processes in the laser picosecond plasma on the spectral distribution of the chirped laser pulse. The prospects for the application of the spectral interferometry of chirped pulses for the online control of the parameters of the high-power laser radiation are demonstrated.