无展宽器的高重复率钛宝石啁啾飞秒脉冲再生放大器的研究

通过优化放大腔结构参数和采用高光束质量的泵浦激光,依靠放大器腔内各个元件的色散展宽种子脉冲, 用钛宝石作为增益介质, 在低泵浦能量下, 实现了高光束质量,高稳定的中等能量的高重复率飞秒脉冲再生放大. 将钛宝石晶体离焦放置,有效的避免了光学损伤. 在1.1 mJ的绿光泵浦下, 获得了2 ps, 120 μJ, 重复频率为1 KHz, 光谱带宽7.8 nm的放大脉冲, 用石英棱镜对压缩可得到130 fs的激光脉冲.     

用钛宝石再生放大器产生高重复率啁啾脉冲列

针对啁啾脉冲放大技术建成的钛宝石激光装置，提出一种获得高重复率激光脉冲列的方法.通过改变钛宝石再生放大器中泡克耳斯盒电光开关的传统工作模式，使得腔内放大的脉冲从某特定时刻起，每当在腔内往返一次就以一定的倒出比例（倒出率）倒出腔内脉冲能量的一部分，从而可以在有限的时间段内产生高重复率的啁啾激光脉冲列.基于Franz-Nodvik放大理论，建立了该高重复率再生放大器的理论模型，通过数值计算，系统地分析了初始增益、倒出时刻、倒出率对输出的脉冲序列的影响.在抽运功率为35mJ、倒出率为1/2的实验条件下，通过腔外的脉冲数量选择器，在一个抽运周期内的有限时间段内已获得了14个幅度相近、单脉冲能量约为0.02mJ、重复率为100MHz的啁啾脉冲序列.从此啁啾脉冲列中选取数个脉冲，通过10TW级的激光系统放大和压缩，已获得100MHz重复率的飞秒太瓦级脉冲列. 关键词： 高重复率 多通放大 啁啾脉冲放大 钛宝石激光器     

百太瓦级超短超强钛宝石激光装置

100TW级激光装置采用了全钛宝石的啁啾脉冲放大技术路线，可以输出3个不同功率段，以适应不同物理实验需求。前端系统是一个台面TW量级系统，主要包括钛宝石自锁模飞秒振荡器、Offner无像差展宽器、再生放大器、预放大器及主放大器。从前端系统主放输出的脉冲能量高达300mJ。为了克服再生放大器中的增益窄化效应及预补偿放大过程中引入的光谱振幅和位相畸变，在飞秒振荡器后应用一个可编程的声光色散滤波器（AOPDF）。AOPDF可以对脉冲光谱的振幅和位相进行主动的调制，补偿增益窄化效应及高阶色散引起的位相畸变。没有应用AOPDF进行预调制，则再生放大器输出的光谱宽度为25nm；当应用AOPDF进行适当调制后，再生放大输出的光谱宽度为40nm，因而最后的压缩脉冲可以获得更窄的压缩脉宽。     

输出能量4mJ的1kHz飞秒掺钛蓝宝石激光再生放大研究

针对高能量千赫兹重复频率飞秒激光的应用需求,设计了一套采用线性再生腔结构的高效率飞秒钛宝石激光啁啾脉冲放大系统.通过优化腔型设计,在重复频率为1 kHz、单脉冲能量为20 mJ的527 nm激光抽运下,将展宽后的800 nm啁啾脉冲激光的能量放大到5.8 mJ,对应斜效率达到30.7%.进一步通过色散补偿压缩脉冲宽度,获得了单脉冲能量为4 mJ、脉冲宽度为45.7 fs的输出,稳定性测量表明激光的能量抖动仅为0.18%(均方根值).     

18mJ,100Hz飞秒钛宝石激光放大器

采用环形腔再生放大及四通放大的两级放大方案,在重复频率100Hz、单脉冲能量75.1mJ的倍频Nd:YAG激光抽运下,通过啁啾脉冲放大飞秒钛宝石激光,获得了单脉冲能量25.4mJ的放大输出,对应能量转换效率33.8%.经光栅压缩器补偿色散后的单脉冲能量为18.3mJ,脉冲宽度为37.8 fs,对应峰值功率0.48 TW.测量其脉冲能量稳定性为3.6%,光束质量M~2因子在X和Y方向上分别为1.8,1.6.     

利用脉冲负反馈压缩准分子激光脉冲

分析了准分子激光脉冲在放大过程中的展宽现象。将饱和开关技术应用于放电泵浦激光器放大腔的放大压缩,发展了脉冲负反馈饱和压缩技术。利用该技术在天光一号系统前端LPX-150激光器上成功获得能量100 mJ、脉宽10 ns的脉冲输出,其空间分布均匀性保持在3%以内。这证明该技术可与无阶梯诱导非相干技术联合使用,在保证光束均匀性基础上进行脉冲压缩。     

利用脉冲负反馈压缩准分子激光脉冲

 分析了准分子激光脉冲在放大过程中的展宽现象。将饱和开关技术应用于放电泵浦激光器放大腔的放大压缩,发展了脉冲负反馈饱和压缩技术。利用该技术在天光一号系统前端LPX-150激光器上成功获得能量100 mJ、脉宽10 ns的脉冲输出,其空间分布均匀性保持在3%以内。这证明该技术可与无阶梯诱导非相干技术联合使用,在保证光束均匀性基础上进行脉冲压缩。     

飞秒激光啁啾脉冲放大中脉冲展宽技术研究

计算了啁啾脉冲放大技术中光栅展宽器对钛宝石飞秒脉冲的时域展宽量,并从实验中进行了观测.计算了放大器腔内元件的群色散量,进而提出了省略腔外展宽器的可能性.     

钛宝石飞秒激光的啁啾脉冲再生放大

根据多通放大理论计算分析了再生放大器的激光放大特性，并采用啁啾脉冲放大技术完成了钛宝石飞秒脉冲激光的再生放大实验，获得了２ｍＪ的输出脉冲能量，增益大于１０６，对有关现象作了讨论。     

采用环形再生腔结构的飞秒激光啁啾脉冲放大研究

采用环形再生腔结构的啁啾脉冲放大技术方案, 在重复频率100 Hz,单脉冲能量33.1 mJ的532 nm激光抽运下, 从钛宝石激光中获得了单脉冲能量9.84 mJ的放大输出, 对应的斜效率达33.1%.在重复频率10 Hz的情况下, 同样获得了单脉冲能量为9.64 mJ, 对应斜效率达36.8%的高效率放大结果. 通过色散补偿压缩该啁啾激光脉冲后的单脉冲能量为6.36 mJ, 脉冲宽度为59.7 fs. 测量结果表明典型的能量不稳定度为1.85%. 关键词： 啁啾脉冲放大 再生放大 飞秒激光 环形腔     

High-average-power kilohertz-repetition-rate sub-100-fs Ti:sapphire amplifier system

We report on a femtosecond Ti:sapphire laser amplifier system that generates pulse energies >5 mJ at a 1-kHz repetition rate. The system consists of regenerative and multipass amplifiers and uses the technique of chirped-pulse amplification. When the system was seeded with 70-fs pulses at 800 nm from a self-mode-locked Ti:sapphire oscillator, amplified pulses of 94-fs duration at a repetition rate of 1 kHz and an average output power of 5.4 W were produced. The amplified pulse-repetition rate is variable from 250 Hz to 3 kHz. Pulse energies of >7.5 mJ were obtained at 500 and 250 Hz.     

Multimillijoule chirped parametric amplification of few-cycle pulses

The concept of optical parametric chirped-pulse amplification is applied to attain pulses with energies up to 8 mJ and a bandwidth of more than 100 THz. Stretched broadband seed pulses from a Ti:sapphire oscillator are amplified in a multistage noncollinear type I phase-matched beta-barium borate parametric amplifier by use of an independent picosecond laser with lock-to-clock repetition rate synchronization. Partial compression of amplified pulses is demonstrated down to a 10-fs duration with a down-chirped pulse stretcher and a nearly lossless compressor comprising bulk material and positive-dispersion chirped mirrors.     

Generation of 0.1-TW 5-fs optical pulses at a 1-kHz repetition rate

A compact all-solid-state femtosecond Ti:sapphire oscillator?amplifier system using no grating-based pulse stretcher produces 20-fs, 1.5-mJ pulses at a 1-kHz repetition rate. The pulses are subsequently compressed in a hollow-fiber chirped-mirror compressor. The system delivers bandwidth-limited 5-fs, 0.5-mJ pulses at 780 nm in a diffraction-limited beam.     

Optical parametric chirped pulse amplification based on photonic crystal fibre

A compact two-stage optical parametric chirped pulse amplifier based on photonic crystal fibre is demonstrated.A 1064-nm soliton pulse is obtained in a home-made photonic crystal fibre (PCF) with femtosecond pulse pumping and then amplified to 2 mJ in an Nd:YAG regenerative amplifier.After the amplified pulses pass through the LBO crystal,the 532-nm double-frequency light with an energy of 0.8 mJ and a duration of over 100 ps at 10-Hz repetition rate is generated as a pump source in the following two-stage optical parametric amplification (OPA).The 850-nm chirped signal light gain from the stretcher is 1.5×10 4 in the first-stage OPA while it is 120 in the second-stage OPA.The total signal gain of optical parametric chirped pulse amplification (OPCPA) can reach 1.8×10 6.     

飞秒激光脉冲的高效率放大研究

介绍了采用多通放大的飞秒脉冲掺钛蓝宝石激光放大系统,分析讨论了提高放大效率及缩短脉冲宽度的技术方法。在仅用能量２９０ｍＪ的倍频Ｎｄ：ＹＡＧ激光泵浦下,得到了输出峰值功率大于１．４ＴＷ、脉宽２５ｆｓ、重复频率１０Ｈｚ的超短超强激光脉冲。     

飞秒激光脉冲的高效率放大研究

 介绍了采用多通放大的飞秒脉冲掺钛蓝宝石激光放大系统,分析讨论了提高放大效率及缩短脉冲宽度的技术方法。在仅用能量290mJ的倍频Nd:YAG激光泵浦下,得到了输出峰值功率大于1.4TW、脉宽25fs、重复频率10Hz的超短超强激光脉冲。