紫外超短脉冲激光放大过程中脉宽压缩的方案设计

采用放电泵浦KrF准分子激光放大器放大波长为248.4nm的紫外超短脉冲激光。对于能量为0.7mJ、脉宽为550fs的输入脉冲,在光束直径保持10mm不变的条件下,能量放大到15mJ,脉宽展宽到1200fs。为了压缩输出脉冲宽度,分析了群速度色散和自相位调制效应对脉宽展宽的影响。利用棱镜对,采用4种不同的实验方案对脉冲引入负的线性频率啁啾,以补偿KrF准分子激光放大器CaF2窗镜中的群速度色散和自相位调制对脉冲引入的正的线性频率啁啾。结果表明:在放大器之前放置棱镜对的方式可以在保持输出脉冲能量为15mJ的同时,在棱镜对间距为110cm的条件下,将输出脉冲宽度压缩到370fs,输出波长为248.4nm、带宽为0.4nm。     

50mJ超短脉冲KrF激光系统的参数优化

介绍了原子能院建立的钛宝石 /KrF混合型激光装置 ,主要输出参数的测量和性能优化。放电泵浦准分子激光器采用离轴放大结构 ,结合棱镜对进行GVD补偿 ,获得 5 0mJ,2 2 0fs的紫外超短脉冲。用4 0cm透镜聚焦 ,靶上功率密度达到 10 17W/cm2 。     

高对比度紫外电光削波开关

采用电光开关产生短脉冲的技术,建立了一种抑制准分子激光放大链自发辐射放大(ASE)的方法,研制了高对比度紫外电光削波开关,并进行了原理性实验,将其应用于准分子单路主振荡功率放大系统第一级预放大器的ASE控制。实验中电光开关对比度达到了2000多,削波后的预放大器输出激光脉冲信号对比度提高至20 000多,有利于激光信号后续进一步高保真放大,为系统获得窄脉冲输出提供了技术支持。     

电子束泵浦KrF激光器进行超短脉冲的单束放大实验研究

电子束泵浦KrF激光器口径大、泵浦率高 ,可直接用于进行超短脉冲激光的放大。用天光一号电子束泵浦KrF激光器进行超短脉冲激光放大 ,将超短脉冲激光放大到 2～ 3J、1.2 ps,激光功率达到 2TW。测量了石英窗镜中的非线性吸收系数和超短脉冲激光脉宽的变化     

电子束泵浦KrF激光器进行超短脉冲的单束放大实验研究

 电子束泵浦KrF激光器口径大、泵浦率高，可直接用于进行超短脉冲激光的放大。用天光一号电子束泵浦KrF激光器进行超短脉冲激光放大，将超短脉冲激光放大到2~3J、1.2ps, 激光功率达到2TW。测量了石英窗镜中的非线性吸收系数和超短脉冲激光脉宽的变化。     

对受激布里渊散射激光进行组束的数值模拟及方案设计

 提出了时间上串行的多路激光脉冲通过受激布里渊散射(SBS)池进行组束的方法,并对其进行了数值模拟研究。利用6束每束能量为45J的KrF激光进行组束, 可获得能量为141.89J,脉宽为670ps的Stokes输出光。根据模拟结果设计出了时间上串行的SBS激光组束的两个方案, 对其进行了讨论。数值模拟还发现在介质的增益系数更大、声子寿命更短的情况下,输出激光脉冲的脉宽可以压缩得更窄。     

用于ps脉冲放大的大口径放电泵浦KrF激光器

 以简单的火花间隙作为放电开关，建立了一种用于ps脉冲激光放大的大口径放电泵浦KrF准分子激光器。该激光器的有效增益口径截面为4cm×3cm，在自由运转情况下最大激光输出能量为1.3J，脉宽20ns。用作ps放大器时，利用光学偏振放大方式获得了激光能量140mJ，脉冲宽度10ps的激光输出。利用XeCl激光泵浦的染料激光作为探针测量了不同放电条件下和不同气分比条件下激光的增益和吸收系数。     

50mJ超短脉冲KrF激光系统的参数优化

 介绍了原子能院建立的钛宝石/KrF混合型激光装置，主要输出参数的测量和性能优化。放电泵浦准分子激光器采用离轴放大结构，结合棱镜对进行GVD补偿，获得50mJ，220fs的紫外超短脉冲。用40cm透镜聚焦，靶上功率密度达到10¹⁷ W/cm²。     

1 kHz重复频率多脉冲皮秒激光器研制及其空间碎片激光测距应用

超短皮秒脉冲的峰值功率高、大能量输出困难。通过将单个脉冲分成多个相邻的脉冲,可增大脉冲包络总能量,提高激光输出功率。设计并获得光-光转化效率为39.3%的单路锁模皮秒种子激光输出,提出将单脉冲分成多脉冲的方法,利用布拉格体光栅(VBG)脉冲展宽、多脉冲生成、再生放大、行波放大及频率转换等激光技术获得脉冲间距为1 ns、输出功率为10 W、脉冲包络能量为10 mJ、单脉冲脉宽约为100 ps、光束质量为1.67、重复频率为1 kHz的532 nm百皮秒四脉冲激光输出。通过激光模块泵浦产生的热透镜效应,并通过调节泵浦电流实现对激光输出发射角的连续精确调节,获得的最小发散角为0.2 mrad。将所设计方法应用在上海天文台空间激光测距站平台上,进行多颗空间碎片测距,测距精度最优为16.44 cm。该结果表明多脉冲可增大激光总输出能量、提高激光输出功率且可为空间碎片激光测距探测能力的提升提供有效的技术途径。     

世界上主要的氟化氪激光发展概况

1.美国的NIKE和MERCURY 海军实验室(NRL)Nike氟化氪(KrF)激光装置该装置由4个放电型氟化氪激光器组成,每个激光器输出能量0.25～0.5J,经过预放大后,获得UJ、16ns脉宽的28束激光。这28束激光再经过20cm×20cm的第一级放大器后(两次通过放大),获得170J的输出能量,放入器总工作时间为142ns。     

双脉冲激光锡等离子体光源的碎屑动力学研究

极紫外光刻是下一代大容量集成电路制造中最有发展前景的技术之一,而碎屑的减缓及阻挡一直是极紫外光刻光源研究中亟需解决的关键问题。研究了双纳秒激光脉冲辐照锡靶产生的等离子体碎屑的动力学演化。结果表明,等离子体碎屑强烈依赖于预脉冲的能量及其与主脉冲的时间延迟,当预脉冲能量为30 mJ, 双脉冲时间间隔150 ns情况下,大部分锡离子的能量从2.47 keV降低到0.40 keV,降低了6.1倍,碎屑得到了有效抑制。通过对碎屑动能角分布的测量,发现此方法可以有效减缓全角度范围的激光锡等离子体碎屑,并且越接近靶材法线方向,碎屑的动能减少得越多。     

不同波形脉冲激光的时域误差对相干合成的影响

相干合成技术是实现高功率、高亮度光纤激光系统的重要技术途径.然而, 脉冲激光阵列中常常存在时域误差,这将影响脉冲激光的相干合成效果. 建立了脉冲激光存在时域误差时的相干合成理论模型,并在不同波形(方波、三角波、正弦波) 的脉冲激光存在时域误差时,对相干合成光束在远场的脉冲波形、峰值功率、 光强分布和桶中功率(PIB)等特性进行了数值计算和对比分析.计算结果表明: 方波脉冲激光相干合成光束的脉冲波形受时域误差影响严重,光强分布和PIB随着时域误差 的增大发生线性变化;三角波脉冲激光相干合成光束的脉冲波形和峰值功率受时域误差 影响严重,光强分布和PIB在时域误差较大时随着时域误差的增大发生较为剧烈的变化; 正弦波脉冲激光相干合成光束具有较好的输出特性,在两路正弦波脉冲激光相干合成中, 将两脉冲之间的时延控制在脉冲持续时间的10%以内,就能取得良好的合成效果.     

Operation and output pulse characteristics of an extremely compact capillary-discharge tabletop soft-x-ray laser

We report on the operating parameters and laser output pulse characteristics of an extremely compact discharge-pumped 46.9-nm laser of a size comparable with that of many widely utilized visible and ultraviolet gas lasers. This capillary-discharge laser generated subnanosecond laser pulses with energies of as much as 25microJ by single-pass amplification in an 18.6-cm-long argon-plasma column. Measurements of the laser output energy, pulse width, far-field beam profile, and beam divergence are reported.     

Ablation of subsurface tumors using an ultra-short pulse laser

This paper demonstrates the novel technique of ablating subsurface tumors with minimal thermal damage to surrounding healthy tissue using a focused laser beam from an ultra-short pulse diode laser source. Experiments were performed on anesthetized healthy mice as well as mice with mammary tumors in order to demonstrate the fundamental advantages of using a focused-beam, ultra-short pulse laser to ablate subcutaneous tissues. The technique was demonstrated through histological analysis of tissue samples after irradiation of anesthetized mice with or without mammary tumors. To demonstrate the efficacy of subsurface focusing, temperature was monitored at the subsurface tumor location and at the surface in an untranslated sample while irradiating with a focused ultra-short pulsed 1552 nm laser. Results show that temperature rise was dramatically greater at the focal depth than at the surface. Irradiation at the subsurface tumor location while translated over time across the tumor location resulted in precise ablation of the tumor. This work shows that a focused-beam ultra-short pulse 1552 nm laser results in precise ablation at the desired location with high efficacy and a minimal zone of collateral thermal and/or mechanical damage.     

Dynamics of laser-induced desorption from dielectric surfaces on a sub-picosecond timescale

The impact of ultra-short laser pulses induces intensity-dependent non-equilibrium processes in the surface region of dielectric targets, resulting in desorption of surface constituents. We report time-resolved studies on particle ejection from CaF₂ and BaF₂ targets.Pump-probe time-of-flight mass spectrometry (ToF MS) was used to measure the particle yields as a function of the delay time between pairs of sub-damage threshold laser pulses, thus obtaining the temporal dynamics of the laser-excited charged particle emission.In a correlative manner, the positive ion, electron and negative ion desorption yields dependence on the pump-probe delay time reveal a coherence peak around zero delay (similar to a two-pulse autocorrelation), accounting for the increase of the ion yield with laser intensity. Additionally, the measurements reveal a delayed peaks at ∼900 fs (BaF₂) and ∼300 fs (CaF₂). For comparison, we present time-resolved studies on electron emission from aluminum targets with pump and probe pulses below the damage threshold. The measurements show, again, the autocorrelation peak in the coherence region and an additional increase in the electron yield when the pulses are several picoseconds apart.The autocorrelation could also stand for the dephasing time of the electronic coherence, while the delayed peaks may reveal for the time needed for the collisional energy to be transferred to the lattice. The pump pulse induces a new unstable phase, which is further destabilized by the probe pulse.A corresponding qualitative picture for temporal dynamics of femtosecond (fs) laser-induced particle emission is proposed.     

时空分布的超短激光脉冲烧蚀电介质材料时等离子体的产生

若考虑聚焦平面内固定区域,脉冲空间分布可简化为一维问题.在此基础上,从脉冲的传输过程出发,本文分析了时空分布的超短激光脉冲与电介质材料相互作用时等离子体形成模式.在材料内部累积的能量与脉冲宽度、与空间相关的损伤区域、等离子体形成时间及其吸收系数有关.     

氢原子在红外激光和极紫外脉冲组合场中的阈上电离

通过求解氢原子在强红外(IR)激光和极紫外（XUV）脉冲组合场中的三维含时薛定谔方程(TDSE),理论研究了XUV脉冲的加入对光电子能谱和二维光电子动量分布的影响.计算结果表明,与仅由红外场驱动的情况相比,组合场驱动下的光电子能谱和二维光电子动量分布中呈现出明显的干涉增强结构,干涉结构对XUV脉冲的强度、光子能量和时间延迟都有很强的依赖,该方案可实现高能阈上电离谱的选择性增强.     

Beam quality of a high-power CO2 laser MOPA system

In this paper, the effects of amplification of diffraction-limited pulsed CO₂ laser radiation over several meters of amplification length on beam quality and pointing stability are documented. Millijoule pulses are amplified up to 3 J. Generation and amplification of the 10 μm wavelength pulses were performed in the discharge volume of an e-beam sustained CO₂ laser. Beam quality is measured according to the ISO/DIS 11146 standard in terms of the beam quality factor M². Fluence distributions were recorded with a beam analysing system of 100 μm spatial resolution. M² parameter values ranged up to 1.55 for amplified pulse energies of 3 J. The necessity of beam-quality restoring techniques is inferred for the multijoule pulse energy regime.     

飞秒激光在透明介质中诱导光学微腔的实验研究

鉴于飞秒激光脉冲持续时间极短且峰值功率极高，将其紧聚焦到透明介质体内部时，易引发双光子效应、碰撞电离、雪崩击穿等一系列非线性过程，在焦点处产生微爆，从而形成微腔结构。提出采用25fs的激光脉冲在透明介质内部诱导形成微腔结构。分析了微腔的能量阈值。结合三维精密位移台，制备了三维微腔点阵。探讨了超短激光脉冲在透明介质内部形成微腔结构的方法与基本实验参数。试验发现：采用更短脉宽的飞秒脉冲时可以降低微腔形成的能量阈值；通过调整飞秒激光功率、脉冲作用次数和光束聚焦情况等因素，可以有效改变微腔的纵深比；在数值孔径较低时因无法实现紧聚焦，故不能形成微腔。     

基于光束偏转的扫描式宽带光参量啁啾脉冲放大

光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)是超短激光脉冲领域的重要技术之一,增大增益带宽对提高OPCPA的转换效率、实现宽带光参量放大具有重要的意义.本文将光束偏转和非共线OPCPA有机结合,提出了基于光束偏转的扫描式宽带OPCPA模型.分析了通过光束偏转来时刻改变非共线角,以保证各频率成分的相位匹配,从而增大增益带宽的基本原理.采用提出的扫描式宽带OPCPA,针对800 nm中心波长、带宽约为100 nm信号光的光参量放大进行了数值计算.结果表明:经过扫描式OPCPA后,信号光的带宽与放大之前几乎相同,光谱没有窄化;扫描式OPCPA比固定非共线角方式的放大极大地增加了增益带宽和转换效率,实现了宽带的光参量放大;要满足信号光各频率成分的相位匹配,达到最大的增益带宽和转换效率,需要尽量减小加载到钽铌酸钾(KTa_(1-x) Nb_xO_3, KTN)电光晶体上的电压抖动和电压延时.