多程放大中激光脉冲交叠放大的物理建模与计算方法

建立了多程放大中激光脉冲在增益介质中交叠放大的物理模型, 并提出相应的计算方法. 物理模型中考虑了脉冲前后沿对增益介质中反转粒子数的共同消耗. 研究认为模型在延时系下的数据递推方式无法求解交叠放大问题. 通过建立新的时空坐标系, 解决了交叠放大过程的数值求解问题. 基于此物理模型和计算方法, 模拟计算了双程放大时脉冲时间波形与腔镜位置的关系. 关键词： 物理模型 放大 腔镜 增益饱和     

多个超短脉冲相干叠加构成窄带平顶长脉冲的研究

利用超短脉冲放大过程中的光谱增益窄化效应以及标准具的滤波作用,提出了基于再生放大器的多脉冲相干叠加方案，并对该方案在多脉冲叠加阶段的工作原理进行了分析；在小信号增益区内，对多个超短脉冲相干叠加进行了理论分析和数值计算，数值模拟的结果表明，影响形成窄带平顶长脉冲的基本关系为子脉冲宽度、再生放大器中的损耗及其与振荡器的长度失配量对构成脉冲时间波形影响很大，而对其频谱影响很小；叠加脉冲个数、标准具的通带宽度对构成脉冲波形和光谱均有影响. 关键词： 超短脉冲 多脉冲叠加器 窄带平顶长脉冲 数值计算     

啁啾脉冲多程放大及其逆问题的研究

利用非线性薛定谔方程和速率方程，研究了啁啾脉冲在增益介质中多程放大的特性. 在此基础上，利用分步傅里叶和迭代法对啁啾脉冲多程放大的逆问题做了研究和模拟，即在给定输出脉冲和多程放大系统参数的情况下，求出相应的输入脉冲波形. 有关结果对啁啾脉冲的多程放大及整形提供有用的理论参考. 关键词： 增益窄化 增益饱和 迭代法 逆问题     

超短脉冲在放大介质中传输特性研究

利用非线性薛定谔方程,详细研究了放大介质的增益窄化和增益饱和效应对超短脉冲在放大介质传输特性的影响,以及传输过程中B积分的影响.在此基础上,对超短脉冲放大系统的逆问题进行了研究,即在给定放大系统参数和满足物理实验要求的输出脉冲波形前提下,求出相应的输入脉冲波形.     

啁啾脉冲激光放大中的自相位调制效应

利用光与物质相互作用的半经典理论建立了啁啾脉冲激光放大的输运方程,数值分析了多程放大过程中自相位调制对啁啾脉冲时域特性和频域特性的影响研究结果表明,由于自相位调制引起附加频率啁啾产生,啁啾脉冲瞬时频率发生变化,放大特性受到影响.通过对增益饱和状态下自相位调制效应的研究,提出利用入射脉冲的线性频率啁啾抑制自相位调制的影响. 关键词：     

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.     

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。     

多通式飞秒激光放大系统的理论研究

建立了多通式飞秒激光放大系统动力学过程的物理模型,该模型对其动力学过程中能量积累和能量抽取两个阶段的物理过程进行了理论描述,并结合具体的实验进行了数值模拟,获得了多通式飞秒激光放大过程中飞秒光脉冲能量、波形与各个参数之间的关系.与实验结果进行了比较,取得了较为一致的结果. 关键词：     

高功率激光多程放大系统中的快速波形预测

对高功率激光多程放大系统中脉冲强度的三维时空变化特性进行了详细的数值分析,理论计算表明具有一定时空分布的光束在放大过程中会产生复杂的时空演化畸变,给脉冲功率的整形预测带来了一定的难度.提出了输入输出积分能量曲线拟合的方法,实现对多程放大系统输入脉冲波形的高精度反演预测,对于方波和复杂多台阶波形输出都能得到很好的预测结果,方波预测相对功率偏差低于0.032%,三台阶脉冲相对功率偏差为0.78%,另外还实现了更为复杂Haan脉冲的反演预测,相对功率偏差为0.13%.该方法不仅精度高,而且计算快速、适用性很强.     

掺钕保偏光纤放大器的研究

对掺钕双包层光纤放大器中抽运光和信号光沿光纤传播的功率分布进行了数值模拟,以808nm半导体激光器为抽运源,掺钕双包层保偏光纤为增益介质,对种子注入主振荡光纤放大器进行了理论分析和实验研究.利用实验室自制的皮秒锁模激光器为种子源,注入1064nm皮秒锁模脉冲,获得了稳定的放大脉冲.小信号时的放大倍数为300（增益为25dB）,获得了平均功率5W的皮秒脉冲.同时利用TDS5104型示波器探测信号光放大前后的波形,并用光谱分析仪得到输出脉冲激光的光谱图. 关键词： 光纤放大器 掺钕保偏光纤 种子注入 反向抽运     

Yb:CNGG有源反射镜的多程放大特性研究

高效、高平均功率固体纳秒脉冲激光器在光电对抗、激光雷达、材料改性、激光加工等诸多领域发挥着越来越重要的作用,然而目前大多数纳秒级高平均功率激光器采用Yb:YAG或掺Nd材料作为增益介质,材料的高饱和通量或低储能密度会导致激光器放大链路复杂,体积庞大。研究比较了一种更适合作为高平均功率、高脉冲能量激光器增益介质的无序石榴石晶体Yb:CNGG,研究了有源反射镜结构中Yb:CNGG的多程增益特性,分析了放大过程并建立了多程放大模型,在一定的泵浦条件下优化了晶体参数以实现更好的储能。开展了双程放大实验,在15 kW/cm²的泵浦功率密度下得到了1.53倍的增益。对比Yb:CNGG晶体与Yb:YAG晶体的多程放大能力,在相同的晶体参数和泵浦条件下,在入射能量1 mJ时Yb:CNGG可实现2.11 J的脉冲能量输出,优于Yb:YAG晶体1.41 J的能量输出。     

高功率激光装置主放大系统结构表面粗糙对自激振荡的影响

对于采用离轴多程放大技术的高功率激光装置,抑制其自激振荡的技术具有重大研究价值。针对工程中发现的主放大系统小孔板附近结构表面比较光亮,当腔内放大器工作时,在增益足够条件下,光亮结构面和腔镜间形成谐振腔而产生自激振荡,烧蚀腔内器件的问题,基于蒙特卡洛方法模拟结构表面,依据几何光学原理推导了激光光束在结构表面反射模型,采用该模型代入工程中光路部分参数计算了主放大系统结构表面粗糙处理工艺和反射进入放大器内份额的关系,并将该表面处理工艺应用于工程中,通过增大结构表面粗糙度,使形成的谐振腔损耗大于增益,为抑制高功率激光装置主放大系统自激振荡提供了依据。     

基于双程放大的毛细管放电69.8 nm激光增益特性

建立了类氖氩C线69.8 nm激光的双程放大实验后反射腔结构,利用45 cm长毛细管作为放电负载得到了其双程放大输出.在相同初始实验条件下,分别测量了单程放大输出与双程放大输出的激光脉冲光强、脉冲宽度以及激光束散角.通过对比单程与双程输出实验结果,利用双程放大激光光强的计算公式,分析得到了增益持续时间大于4 ns,以及增益在毛细管径向上的分布特点.以上结果为建立谐振腔进行毛细管放电类氖氩激光的多程放大实验奠定了基础.     

Comprehensive modeling of vertical external cavity surface emitting laser with resonant periodic gain

One of the promising laser constructions having much attention in the past years is thin-disc semiconductor lasers with the resonant periodic gain in a form of multiple quantum wells. The 3D numerical model is developed based on combining bi-directional beam propagation method with the round-trip operator technique. The standing wave effect in resonant gain structure and diffraction in the external laser cavity are taken into account explicitly. Characteristics of optical modes are found numerically for cylindrical vertical extended cavity surface emitting laser with above-threshold pumping. Variation of distance to the external mirror is found to result in notable changes in power and optical quality of the output beam. The decisive role of gain and index non-linearities in these changes is identified.     

Femtosecond pulse amplification by coherent addition in a passive optical cavity

By simultaneously controlling repetition and carrier frequencies, one can achieve the phase coherent superposition of a collection of successive pulses from a mode-locked laser. An optical cavity can be used for coherent delay and constructive interference of sequential pulses until a cavity dump is enabled to switch out the amplified pulse. This approach will lead to an effective amplification process through decimation of the original pulse rate while the overall coherence from the oscillator is preserved. Detailed calculations show the limiting effects of intracavity dispersion and indicate that enhancement of sub-100-fs pulses to microjoule energies is experimentally feasible.     

Rate equation simulation of a synchronously pumped dye laser

A simple rate equation model of a standing wave synchronously pumped dye laser yields output pulses which agree qualitatively and quantitatively with recent experimental observations. The shape, amplitude and temporal position of the simulated pulse varies dramatically, not only with cavity length detuning, but also with the gain to loss ratio. Features of pulse formation and stability are predicted which are precluded by the steady-state assumption present in most other models.     

超短脉冲激光再生与多程放大器的理论分析与实验建立Ⅰ.理论部分

从半经典理论的麦克斯韦－布洛赫方程出发,对种子激光脉冲在再生和多程放大器中的放大过程进行了分析,结合实际的物理条件得出了放大器的峰值输出的解析表达式。     

利用较完善模型研究半导体光放大器对皮秒光脉冲的放大

提出了一个描述半导体光放大器（SLA）对皮秒脉冲的放大这一物理过程的较为完善的物理模型，并数值分析了光脉冲经SLA放大后的上升时间和下降时间.结果表明：随着SLA偏置电流的增大，上升时间将缩短而下降时间将延长；输入脉冲的大峰值功率将加速上升时间的缩短和下降时间的延长；增益压缩对脉宽为几个皮秒的输入脉冲的上升时间和下降时间有明显的影响，而对脉宽为几十皮秒的输入脉冲可近似认为没有影响；增益非对称和漂移强烈影响上升和下降时间. 关键词： 半导体光放大器 皮秒光脉冲 上升和下降时间     

飞秒超强激光多通预放大过程中的脉冲信噪比研究

从啁啾脉冲放大的基本理论出发,详细计算了啁啾脉冲在多通预放大中各个时间点的增益情况,并设计了一个十通预放大器进行了实验研究. 结果显示,在抽运通量为1.6 J/cm²的非饱和放大情况下,种子脉冲经过十通预放大之后信噪比由10^-5提高到10^-7. 这表明在非饱和抽运通量下,多通预放大器可以有效提高激光脉冲的信噪比. 关键词： 多通预放大 信噪比 飞秒钛宝石激光器