基于多层膜系传输矩阵理论的双啁啾镜设计与实验

把光在多层膜中传输的矩阵理论应用于双啁啾镜的设计。理论分析结果表明设计的双啁啾镜可以对波长从600 nm到1 100 nm波段范围的色散进行补偿,每次可以实现-100 fs2的色散补偿量,而且双啁啾镜可以有效降低单镜色散补偿中的寄生振荡。用设计制造的双啁啾镜进行了实验测试,用双啁啾镜对畸变脉冲进行色散补偿,实验结果表明:经过两次色散补偿可以将脉冲还原至初始状态,而过量的负色散又将脉冲重新展宽。     

飞秒激光脉冲压缩用啁啾镜新设计方法

对配对啁啾镜传统的优化过程进行了改进,并且尝试了新的多个啁啾镜匹配的方法。理论上实现了在700～1050 nm光谱范围内,两个啁啾镜配对色散总和振荡小于±10 fs2,三个啁啾镜配对色散总和振荡小于±15 fs2。此配对啁啾镜所实现的精确补偿色散,是获得极短光脉冲的基础,可以用于飞秒激光的脉冲压缩。     

宽带啁啾镜对的设计和制备

设计了中心波长800 nm带宽约500 nm的啁啾镜对, 在550–1050 nm波长范围内提供约-60 fs²群延迟色散(group delay dispersion, GDD), 通过啁啾镜对的形式使GDD振荡波纹由单个啁啾镜的±100 fs²减小到±20 fs². 采用双射频离子束溅射方法进行制备, 用白光干涉仪进行色散性能测试, 从测试结果可以看出, 制备的啁啾镜的反射率、GDD性能和设计值符合得比较好. 制备出的550–1050 nm超宽带啁啾镜对在钛宝石激光器腔外进行色散补偿, 原输入脉冲由24–27 fs压缩到12 fs, 这是国产超宽带啁啾镜对的首次应用. 关键词： 超快激光 啁啾镜对 群延迟色散 色散补偿     

钛宝石激光器中用优化Gires-Tournois镜产生15 fs脉冲

根据飞秒脉冲锁模钛宝石激光器脉冲压缩的要求,介绍了负色散镜补偿色散的基本原理及其特点。详细阐述了优化Gires-Tournois(OG-T)镜的设计过程,并通过计算机优化得到理想设计膜系。采用离子束溅射的方法镀制了优化Gires—Tournois镜。测量了优化Gires-Tournois镜(编号为OGT#1)的透射率和群延迟色散,并与设计值进行了比较,分析了实测值产生偏差的原因,从而对镀膜参量进行了相应的调整,制造了第二批优化Gires—Tournois镜(编号为OGT#2)。将优化Gires—Tournois镜用于钛宝石激光器振荡级内,单程5次通过三个优化Gires-Tournois镜,补偿了激光器腔内色散,实现了飞秒锁模脉冲运转。用OGT#1先进行了实验,获得32fs的脉冲和46nin的光谱宽度。用调整参量后的OGT#2进行了实验,获得了15fs的超短脉冲和91nm的光谱宽度。实验很好的验证了负色散镜补偿色散的优点,为国内啁啾镜的研制创造了条件。     

全啁啾镜色散补偿的亚8 fs钛宝石激光器

报道了一种基于全啁啾镜腔内色散补偿的、可长期稳定运行的亚8 fs钛宝石激光器.在4 W绿光抽运下, 可获得300 mW、86 MHz脉冲输出.腔内用于色散补偿的两对啁啾镜是国内自主设计自行镀膜的, 其对色散的精确控制可以在腔内不加尖劈对的情况下获得半宽超过150 nm超宽带输出.利用腔外色散补偿, 脉冲宽度被压缩至7.9 fs, 这是目前采用国产啁啾镜获得的最短脉宽, 也是无尖劈对谐振腔获得的最短脉宽.同时, 利用电路系统提供实时反馈调节, 可保证钛宝石激光器长期稳定运行, 24 h内功率抖动约0.6%.     

钛宝石激光器9.5 fs脉冲输出中的啁啾镜色散补偿

根据钛宝石激光器的要求,实验设计了中心波长800 nm带宽200 nm的啁啾镜,在700—900 nm波长范围内提供约-60 fs²群延迟色散(group delay dispersion,GDD).采用双射频离子束溅射方法进行制备,用实验室搭建的白光干涉仪进行色散性能测试,从测试结果可以看出,制备的啁啾镜的性能和设计值符合得比较好.制备得到的非成对啁啾镜在钛宝石激光谐振腔中进行色散补偿,锁模后分别获得了12 fs和9.5 fs的激光脉冲输出.这是目前报道的使用国产啁啾镜获得的最短的 关键词： 啁啾镜 群延迟色散 色散补偿 钛宝石激光器     

啁啾光纤光栅的温度调谐特性研究EI北大核心CSCD

根据啁啾光纤光栅的温度可调谐性这一原理,提出通过控制啁啾光纤光栅的温度,改变其色散量,从而获得最小输出脉宽的方案,并通过实验验证了这一想法的可行性。利用啁啾光纤光栅作为啁啾脉冲放大(CPA)系统中的脉冲展宽器,用空间光栅对作为脉冲压缩器,通过压缩器为脉冲提供的负色散来补偿展宽器为脉冲引入的正色散。利用自相关仪测量压缩输出脉冲宽度随温度的变化情况,间接反映啁啾光纤光栅色散量随温度的变化情况。从实验所得数据可以得知,当温度从-7℃上升到50℃时,脉宽从1057fs先下降到764fs后又上升到910fs,共变化了439fs。在此过程中,随温度的上升,啁啾光纤光栅的色散由补偿不足变为过补偿。     

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.     

基于国产啁啾镜色散补偿的近10fs钛宝石激光器锁模特性的研究

报道了一种基于国产非成对设计的啁啾镜作为腔内色散补偿的钛宝石激光器,在93.7 MHz的重复频率下,得到了平均功率为120 mW的稳定的锁模脉冲输出,经腔外色散补偿,得到了最窄9.7 fs的脉冲宽度。通过调节腔内光楔的插入量,研究了锁模光谱与自相关曲线随腔内净色散的演化过程。基于非线性薛定谔方程的分步傅里叶算法对激光器建立了数值模型,数值模拟的参数选取均与实验中完全一致,利用10阶泰勒展开模拟啁啾镜的色散曲线振荡,获得了谐振腔零色散点附近锁模的动力学过程,并分析了啁啾镜的高阶色散对脉冲宽度压缩的限制。     

亚10飞秒脉冲的诊断与压缩

采用二次谐波-频谱分辨光闸法对克尔透镜锁模钛宝石激光器输出的飞秒脉冲的振幅和相位 进行诊断，测得其脉冲包络是双曲正割型的，而相位则近似为时间的三次幂形式. 通过对脉 冲频域相位的拟合，诊断出二阶群速度色散是造成脉冲啁啾、导致脉冲展宽的主要原因. 利 用棱镜对补偿二阶群速度色散，进一步将17 fs啁啾脉冲压缩至半高全宽为8.5 fs的近似转 换极限脉冲. 关键词： 飞秒脉冲 二次谐波-频谱分辨光闸法 群速度色散     

声光偏转器扫描飞秒激光的时间色散补偿

研究了声光偏转器(AOD)扫描飞秒激光的时间色散效应及补偿方案.在800nm波长处，单个AOD引入的群延时色散(GDD)可达～9300fs².在深入分析AOD和棱镜角色散原理的基础上，提出了用色散棱镜预补偿AOD对飞秒脉冲的时间色散，并进行了实验证实.在AOD中心频率处(70MHz)，将398fs的脉冲压缩到122fs，且整个带宽范围内(50MHz—90MHz)脉宽变化范围为120fs—180fs.这表明该方案用于AOD扫描飞秒激光时进行时间色散补偿是非常有效的. 关键词： 飞秒激光 声光偏转器 时间色散 脉冲压缩     

飞秒激光器中超宽带色散补偿啁啾镜对的设计

根据设计目标和制备要求, 以双啁啾作为啁啾镜膜系初始结构设计方法, 详细分析了双啁啾调制系数以及双啁啾层数对啁啾镜反射特性和色散特性的影响, 确立了两者之间的最佳取值组合. 利用分析结果设计了单个啁啾镜, 并实现了啁啾镜的配对设计, 获得了600–1050 nm范围内反射率大于99.5%, 平均群延迟色散-40 fs², 振荡小于± 20 fs²的啁啾镜对, 满足了钛宝石飞秒激光系统的色散补偿要求. 关键词： 超快激光 色散补偿薄膜 双啁啾镜 啁啾镜对     

Back-side-coated chirped mirrors with ultra-smooth broadband dispersion characteristics

We demonstrate a new technique for the design of chirped mirrors with extremely smooth dispersion characteristics over an extended ultra-broadband wavelength range. Our approach suppresses spectral dispersion oscillations, which can lead to unwanted strong spectral modulations and limit the bandwidth of mode-locked laser pulses. Dispersion oscillations are significantly reduced by coating the chirped mirror structure on the back side of a substrate, providing ideal impedance matching between coating and ambient medium. An anti-reflection coating may be added on the front side of the substrate, geometrically separated from the chirped mirror. The chirped mirror structure and the anti-reflection coating are non-interfering and can be independently designed and optimized. The separation of both coating sections provides a much better solution for the impedance-matching problems than previous approaches to chirped mirror design. We show by a theoretical analysis and numerical simulations that minimum dispersion oscillations are achieved if the index of the substrate is identical to the index of one of the coating materials and if double-chirping is used for the chirped mirror structure. Based on this analysis, we design a mirror that supports a bandwidth of 220 THz with group delay dispersion oscillations of about 2 fs² (rms), an order-of magnitude improvement compared to previous designs of similar bandwidth. In a first experimental demonstration of back-side-coated (BASIC) mirrors, we achieve nearly transform-limited and virtually unchirped pulses of 5.8 fs duration from a Kerr-lens mode-locked Ti:sapphire laser. BASIC mirrors are particularly suited for higher-order dispersion compensation schemes. They support the extremely broad spectra of few-cycle pulses and promise to provide clean pulse shapes in this regime. Received: 19 April 2000 / Published online: 6 September 2000     

High-power diode-pumped Yb3+:CaF2 femtosecond laser

We report what is believed to be the first demonstration of a high-power passively mode-locked diode-pumped femtosecond laser based on an Yb3+:CaF2 single crystal, directly pumped by a 15-W fiber-coupled laser diode. With a 5-at. % Yb3+ -doped sample and prisms for dispersion compensation we obtained pulses as short as 150 fs, with 880 mW of average power and up to 1.4-W average output power, with a pulse duration of 220 fs, centered at 1049 nm. The laser wavelength could be tuned from 1040 to 1053 nm in the femtosecond regime. Using chirped mirrors for dispersion compensation, the oscillator provided up to 1.74 W of average power, with a pulse duration of 230 fs, corresponding to a pulse energy of 20 nJ and a peak power of 85 kW.     

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。     

1.5-octave chirped mirror for pulse compression down to sub-3 fs

We demonstrate numerically and experimentally a chirped mirror with controlled reflectivity and dispersion of up to 1.5 octaves. A complementary pair of such mirrors has a reflectivity of 95% in the wavelength range 400–1200 nm with residual group delay dispersion ripples <100 fs² in all of this range. The mirror pair allows one to compensate a chirp of the corresponding spectrum (with a smooth phase), resulting in sub-3-fs pulses. PACS 42.65.Re; 42.79.Fm; 42.79.Wc     

多芯光子晶体光纤锁模激光器

实验研究了基于掺Yb多芯大模场面积光子晶体光纤的全正色散锁模激光器.增益光纤的18个纤芯呈六角阵列排布,等效的模场直径约为52 μm.激光器基于σ腔结构,腔内没有色散补偿元件,通过半导体可饱和吸收镜实现锁模的自启动.实验获得了平均功率为3.3 W,脉冲宽度为4.92 ps,重复频率为44.68 MHz的锁模脉冲输出,对应的单脉冲能量为74 nJ,脉冲经腔外光栅对压缩为780 fs. 关键词： 光子晶体光纤 多芯 光纤激光器 全正色散     

宽带自锁模钛宝石飞秒激光脉冲的实验研究

在线性Z形折叠腔的基础上,采用了一种能够消除输出耦合镜带宽限制的方法,用3mm的钛宝石短晶体和石英色散补偿棱镜得到了光谱带宽为121nm的自锁模钛宝石激光脉冲.在分析光脉冲自相关仪测量系统对测量影响的基础上,优化并基本消除了测量系统带来的影响,假设光脉冲形状为双曲正割型,得到了12fs的光脉冲,该光脉冲光谱半宽(FWHM)为87.6nm,中心波长为849.7nm,光脉冲平均输出功率为400mW,重复率为97MHz.