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。     

条纹相机系统在激光脉冲整形测量中的应用

针对采用脉冲堆积法进行激光脉冲整形后获取的宏脉冲,介绍了基于条纹相机观测其纵向分布的基本原理。阐述了测量系统中的硬件配置功能以及脉冲堆积原理,并描述了使用条纹相机专用软件测量激光脉冲的详细步骤和操作界面。研究了测量系统中时序控制的调试对观测脉冲堆积后的宏脉冲的影响并给出了测量结果和测量误差分析。结果表明:采用脉冲堆积法所获得的激光脉冲整形效果非常理想,整形前激光脉冲的半高全宽值约为3.82 ps,整形后约为15.3 ps,且平顶部分的脉宽为11.5 ps,上升沿和下降沿均为1.9 ps。     

激光诱导等离子体开关控制脉宽实验研究

 利用激光诱导等离子体开关技术，在1 064 nm的Nd：YAG固体激光器上获得了脉宽4.4~6.4 ns的短脉冲激光输出。激光电离空气产生的等离子体开关控制脉冲宽度时，聚焦透镜焦距越短，压缩后的脉宽越窄，但激光能量损耗越大。压缩后的激光脉宽与激光能量近似成双曲线关系。在控制脉宽光路的焦点处放置带孔的Cu薄片可抑制等离子体的扩散，得到了脉宽最短可达4.4 ns的激光输出。     

利用受激布里渊散射获得皮秒激光脉冲

 采用两级布里渊结构压缩8ns的Nd：YAG激光，研究了基频光和倍频光的受激布里渊散射（SBS）压缩过程。实验中采用四氯化碳作为SBS介质，经第一级双池SBS压缩后，获得了1.5ns左右的Stokes 脉冲；第二级采用单池SBS压缩，分别使用基频光和倍频光作为泵浦光，获得了最短为60ps 的Stokes脉冲。实验证明，在一定条件下，利用SBS压缩脉宽可以获得比介质的声子寿命更短的脉冲。     

脉冲宽度对云雾回波的影响研究

云雾后向散射会产生引发激光引信虚警的回波信号,基于蒙特卡罗法,对云雾散射回波进行了模拟仿真,并定量给出了云雾散射回波的波形、波峰位置、脉宽和峰值功率随发射脉冲宽度的变化规律.研究结果表明,回波峰值功率随着发射脉宽的增大而增大.且当发射脉宽增大到50ns后趋于饱和,峰值功率将不随脉冲宽度的变化而变化:脉冲展宽的程度随发射脉宽的增大而减弱;发射脉宽对云雾散射回波波峰位置的影响较小.给出的回渡信号模拟仿真结果可以为窄脉冲激光引信的目标识别以及探测阈值和脉冲宽度等参量的优化设计提供依据.     

脉冲宽度对云雾回波的影响研究

云雾后向散射会产生引发激光引信虚警的回波信号.基于蒙特卡罗法,对云雾散射回波进行了模拟仿真,并定量给出了云雾散射回波的波形、波峰位置、脉宽和峰值功率随发射脉冲宽度的变化规律.研究结果表明,回波峰值功率随着发射脉宽的增大而增大,且当发射脉宽增大到50ns后趋于饱和,峰值功率将不随脉冲宽度的变化而变化;脉冲展宽的程度随发射脉宽的增大而减弱;发射脉宽对云雾散射回波波峰位置的影响较小.给出的回波信号模拟仿真结果可以为窄脉冲激光引信的目标识别以及探测阈值和脉冲宽度等参量的优化设计提供依据.     

10kW峰值功率高脉冲能量全光纤结构2μm掺铥光纤激光器

基于增益开关技术在高掺杂浓度掺铥光纤中获得了稳定的2μm种子脉冲激光,输出激光中心波长为1 979.4nm,脉冲重复频率在1~100kHz之间可调,输出脉冲宽度变化范围为60~200ns。采用两级掺铥光纤放大器对该种子脉冲激光进行放大实验,当种子脉冲激光重复频率为20kHz时获得最大输出平均功率为17.2W,输出光谱没有观察到明显的放大自发辐射噪声。最大功率输出时,脉冲宽度为82ns,对应单脉冲能量为0.86mJ,脉冲峰值功率高于10kW。     

利用单模光纤中SBS效应进行被动调Q的掺铒光纤激光器研究

分析了利用光纤中的受激布里渊散射(SBS)相位共轭效应进行激光腔内调Q,产生ns量级脉冲激光的原理,并对利用该效应产生的激光脉冲波形和脉冲形成过程进行了数值模拟,得到的脉冲波形与SBS相位共轭反射率随时间变化曲线基本一致,表明利用光纤中的SBS相位共轭作用调Q具有可行性。据此,对采用单模光纤(SMF)作为SBS池的掺Er3＋调Q光纤激光器进行实验研究,当单模光纤长度为1.5 m时,在45 mW的抽运光功率下得到脉宽约2.6 ns,脉冲周期58.23 ns,平均功率7.35 mW的激光脉冲。进一步的研究表明：激光器中相位共轭镜的形成与SBS介质长度有关,SBS介质过长,斯托克斯线之间无固定的相位关系,不能形成相干叠加,SBS相位共轭腔不能形成; SBS介质过短,腔内正交偏振模光子寿命的改变使脉冲出现双峰现象。脉冲形成后其属性只与SBS动态属性有关。     

小宽带堆积啁啾脉冲传输放大特性

 采用啁啾脉冲堆积的方法可获得ns量级宽带整形激光脉冲,对堆积啁啾脉冲时间波形的影响因素及传输放大后脉冲波形与光谱形状的特性进行了研究。结果表明：在传输过程中脉冲的演化规律与窄带脉冲的演化规律基本一致,而且传输放大过程也不会改变脉冲的调制结构,但光谱形状在传输放大过程中发生了变化,初步认为是由非线性效应造成的;小宽带堆积啁啾脉冲具有与窄带脉冲基本一致的的增益水平。     

整形高功率激光装置的任意电脉冲发生器设计(英文)

基于GaAs场效应管电压控制电流和开关的特性,设计了一种任意电脉冲发生器,并成功应用于激光脉冲整形装置。该电脉冲发生器利用超宽带窄脉冲触发多个GaAs场效应管,产生多路负脉冲,通过模拟延时线依次将各路负脉冲延迟一定时间后经微带线耦合输出多路负脉冲叠加的波形;通过多路不同幅度的脉冲堆积效应来获得形状任意可调的整形电脉冲。为了满足惯性约束聚变(ICF)实验中对电脉冲幅度不能过小的要求,在电路的输出端接入增益可调的超宽带电压放大器,使脉冲幅度达到实验要求。利用设计的任意电脉冲发生器实现了脉冲幅度0～5 V可调、脉宽0～10ns可调、时域调节精度为330 ps,整形方波脉冲下降沿为330 ps、上升沿为240 ps。实验结果表明,将产生的电脉冲注入光波导调制器,可获得理想形状的整形激光脉冲,提高激光脉冲的输出能量。     

Simple electro-optic technique to generate temporally flat-top laser pulses

A simple technique is presented to generate temporally flat-top shaped laser pulses using electro-optic modulator (Pockels cell). It involves splitting of input laser pulse into two halves of equal intensity and then stacking together with appropriate optical delay to get a temporally flat-top laser pulse. It also allows generation of other pulse shapes by varying the relative intensity, delay, and phase between two halves of the input laser pulse. Temporally flat-top laser pulses of duration ~ 9 ns have been generated using ~ 7 ns duration incident laser pulses from a flash lamp pumped Q-switched Nd:glass laser oscillator. The rise and fall-time of the shaped pulse is limited by speed of electro-optic switch (Pockels cell), which is ~ 2 ns in the present case.     

激光脉冲在气体中产生的离化波前的演化及其对光脉冲传播的影响

利用带离化子程序的一维粒子模拟程序，对光脉冲与离化波前的相互作用进行了模拟研究，讨论了在原子多度电离的情况下光脉冲与离化波前的相互作用关系.研究表明，由于原子各级离化势的不连续性使得离化波前在空间上出现平台区；离化过程导致激光频率发生蓝移，这个蓝移又对脉冲形状产生调制，使脉冲前沿呈阶跃型增长；阶跃型的光脉冲包络使离化波前的平台区变短，直至整个离化波前分为几个不同梯度的区域.还讨论了不同元素和不同密度的气体中产生的离化波前的特点.同时分析了光脉冲频率随传播距离的关系，指出由于光脉冲宽度的增加，将导致出射的光 关键词： 激光等离子体 光电离 离化波前 激光频率上转换     

Stacking chirped pulse optical parametric amplification

Stacking chirped pulse optical parametric amplification based on a home-built Yb³⁺-doped mode-locked fiber laser and an all-fiber pulse stacker has been demonstrated. Energic 11 mJ shaped pulses with pulse duration of 2.3 ns and a net total gain of higher than 1.1 × 10⁷ at fluctuation less than 2% rms are achieved by optical parametric amplification pumped by a Q-switched Nd:YAG frequency-doubled laser, which provides a simple and efficient amplification scheme for temporally shaped pulses by stacking chirped pulse.     

全光纤多种子激光脉冲产生系统

报道一种可精确同步输出宽带啁啾脉冲、纳秒级整形脉冲以及窄带光参量啁啾放大抽运脉冲的全光纤多种子激光脉冲产生系统.采用掺镱光纤锁模激光器和掺镱单纵模光纤振荡器作为系统的光源,将掺镱光纤锁模激光器输出的超短脉冲分束啁啾展宽至0.9ns后,一路进行放大产生10μJ量级的宽带啁啾脉冲为高能拍瓦激光器系统提供种子光脉冲,另一路通过1.2nm滤波产生140ps的基元脉冲,通过光纤堆积器产生可编程整形的2.3ns脉冲,再经过放大达到10μJ量级,提供任意整形的压缩脉冲.同时,将部分掺镱光纤锁模激光器输出的超短脉冲进行光电转换并锁相后,产生与锁模超短脉冲高精度同步的电脉冲用于触发幅度调制器,将掺镱单纵模光纤振荡器输出的连续光削波放大,产生光参量啁啾放大抽运脉冲.该系统能够根据物理实验的需要,非常灵活地在输出各种脉冲之间做出选择.     

激光脉冲时域整形及其对发射度的改善效果

 利用脉冲堆积法对驱动激光脉冲进行了时域整形,并利用条纹相机测量到了理想的整形结果。在脉冲堆积法的基础上,给出了近似椭球体整形的方案。模拟结果表明：利用脉冲堆积法整形后得到激光脉冲驱动光阴极可以获得更小的发射度;对于测量到的半高全宽（FWHM）为3.82 ps的脉冲,8个子脉冲堆积比4个子脉冲堆积更为有利;此外,对激光脉冲作近似椭球体整形可以进一步降低束流发射度。     

光纤脉冲堆积器的模拟分析

介绍了用于惯性约束核聚变(ICF)前端系统的光纤脉冲堆积器的基本原理.该堆积器对种子脉冲分束、延时、调幅、合束，最后整形出任意形状的脉冲.通过数值模拟分析了种子脉冲形状、脉冲之间的时延和相位差以及光学滤波对脉冲堆积波形的影响.结果表明,增大脉冲的上升沿和下降沿，控制相邻脉冲之间的相位差在π/2，并对输出脉冲进行光学滤波后能够获得上升沿小于100 ps、脉冲顶部起伏小于5%、时间准确度为100 ps的整形脉冲. 国家863高技术计划资助项目     

啁啾脉冲堆积用于光脉冲整形

报道了一种利用100 ps啁啾脉冲堆积产生2．2 ns任意整形脉冲的脉冲整形系统。采用掺Yb~(3 )光纤锁模振荡器得到稳定的锁模光脉冲序列,将该锁模脉冲通过啁啾光纤光栅展宽并通过1 nm带宽的高斯形光谱滤波器滤波,得到标准的100 ps高斯形啁啾脉冲序列,将此脉冲选单经过光纤延迟线组成的32路脉冲堆积器,得到了精度为32 bit的重复频率为1 Hz的2．2 ns任意整形光脉冲。研究了堆积脉冲的特性,分析了宽带啁啾堆积整形脉冲的光谱时间扫描特性对激光驱动惯性约束聚变打靶束匀滑的优化作用。实验测得了该系统输出的2．2 ns整形光脉冲具有小于50 ps的上升沿,与100 ps啁啾脉冲的时间抖动小于4 ps。     

用于激光聚变驱动器的全光纤、全固化光脉冲产生系统

报道一种全固化、全光纤的用于高功率激光驱动的惯性约束聚变驱动器的光脉冲产生系统,采用单纵模振荡器输出连续激光信号,经过相位调制器和振幅调制器,得到一个时间波形上已整形且具有一定带宽(约0.1 nm)的激光脉冲,经光纤放大器放大并经光纤分束器分束后同时输出四路激光脉冲,各路激光脉冲先通过时间同步调整单元精确控制时间同步关系后,经可编程光纤衰减器调节各路之间的功率平衡后再通过光纤放大器做进一步放大并通过150 m光纤传输输出至预放系统.该光纤系统可输出0.3—20 ns、带宽0.1 nm、能量数纳焦的几乎任意 关键词： 激光聚变驱动器 前端 光纤激光系统     

整形高功率激光装置的任意电脉冲发生器设计

基于GaAs场效应管电压控制电流和开关的特性,设计了一种任意电脉冲发生器,并成功应用于激光脉冲整形装置。该电脉冲发生器利用超宽带窄脉冲触发多个GaAs场效应管,产生多路负脉冲,通过模拟延时线依次将各路负脉冲延迟一定时问后经微带线耦合输出多路负脉冲叠加的波形;通过多路不同幅度的脉冲堆积效应来获得形状任意可调的整形电脉冲。为了满足惯性约束聚变（ICF）实验中对电脉冲幅度不能过小的要求,在电路的输出端接入增益可调的超宽带电压放大器,使脉冲幅度达到实验要求。利用设计的任意电脉冲发生器实现了脉冲幅度0～5V可调、脉宽0—10ns可调、时域调节精度为330ps,整形方波脉冲下降沿为330ps、上升沿为240ps。实验结果表明,将产生的电脉冲注入光波导调制器,可获得理想形状的整形激光脉冲,提高激光脉冲的输出能量。     

时域延时多脉冲叠加平滑过程的分析

 为满足惯性约束聚变对ns级可整形激光脉冲的独特要求,提出了一种将多脉冲延迟堆积实现脉冲平滑和灵活整形的方案。这种方案基于多光束耦合器与压电陶瓷结合技术，采用光纤作为传输介质，可以精确控制相邻脉冲延时。详细分析和讨论了时延多脉冲叠加原理和叠加技术，给出了脉冲堆积时满足平滑要求的延迟时间(约为堆积所用高斯脉冲束腰宽度)和相邻脉冲间延时相位差所需的控制精度。