啁啾脉冲参量放大特性的数值模拟研究

 根据啁啾脉冲激光参量放大技术,数值模拟了光参量放大在啁啾脉冲放大中的应用。研究啁啾脉冲参量放大增益及时间特性,特别是在大信号注入与小信号注入两种有代表意义的情况下,详细地分析了群速度失配、相位失配对放大过程的影响。研究了泵浦光脉冲与信号光脉冲的时间同步要求,讨论了放大系统的稳定性。     

高功率钕玻璃啁啾脉冲放大系统光谱整形

增益窄化效应限制了啁啾脉冲放大系统输出的最短脉冲宽度,需要对注入放大系统的种子啁啾脉冲进行光谱整形,以保证放大后的啁啾脉冲光具有足够的带宽并满足特定的光谱分布.理论上假定放大后啁啾脉冲的光谱分布为高斯分布或超高斯分布,对"百焦耳级钕玻璃啁啾脉冲放大系统"进行逆运算.研究发现,所需种子啁啾光的能量、带宽以及压缩后脉冲的信噪比都与该分布密切相关.通过光谱整形,使放大后的啁啾脉冲光的光谱分布为二阶超高斯分布.能够获得小于400 fs高信噪比的超短脉冲输出,此时所需种子啁啾脉冲能量仅为33μJ,带宽14 nm,在装置前级注入能力的范围之内.为百焦耳装置光谱整形实验的开展提供了理论指导.     

光参量啁啾脉冲放大中时间同步抖动对增益稳定性的影响

 在考虑了光参量啁啾脉冲放大中的脉冲波形、相位失配和时间同步抖动情况下，给出了计算光参量啁啾脉冲放大增益特性更为完善的三波耦合理论模型。并在1 ns的时间同步抖动情况下，对比分析了光参量放大在小信号放大及饱和放大时的增益稳定性。光参量放大的时间同步抖动对增益影响非常大,使放大信号光脉冲的增益光谱发生了明显的偏移，波形不对称和整个增益降低；并且信号光光谱越宽，光参量放大间的时间同步抖动对其增益影响越严重；但随着参量放大增益饱和的出现和加深，信号光和抽运光之间的同步时间抖动对放大信号光的输出强度影响减弱，即在饱和放大处可以获得更稳定的放大信号光输出。     

啁啾脉冲放大系统空间特性的优化分析

采用Franz-Nodvik模型,通过模拟计算,系统地分析了啁啾脉冲放大(CPA)过程中抽运光和信号光能量密度以及晶体参量对放大器输出能量和转换效率的影响。将理论模拟与实验结果进行比较,证明了理论分析的有效性。计算结果表明:在啁啾脉冲放大系统中,存在一个抽运光最佳能量密度。合理选择抽运光的能量密度可以有效提高系统的能量转换效率和稳定性,而且还可以大大降低系统对注入信号光能量的要求以及由于信号光能量抖动所造成的输出不稳定性。     

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.     

载波-包络相位稳定的周期量级近红外超短脉冲激光系统

利用光参量放大过程输出的闲置光载波-包络相位(CEP)被动稳定的特点,搭建了三级光参量放大(OPA)系统,获得了CEP稳定的近红外高能量超短激光脉冲(1.4 mJ/40 fs/1 kHz @ 1.8 μm),其CEP抖动为516 mrad(rms).经空心光纤展宽光谱和块体材料补偿色散,激光脉宽最终可被压缩至小于两个光学周期(<12 fs),脉冲能量达到0.54 mJ.该系统为单个阿秒脉冲的产生和其他高次谐波实验提供了优质的光源. 关键词： 光参量放大 周期量级近红外激光脉冲 载波-包络相位稳定     

啁啾匹配和同步抖动对光参量啁啾脉冲放大的影响

 通过研究光参量啁啾脉冲放大过程转换效率随泵浦光啁啾参数的变化,以及信号光和泵浦光波长的对应关系,确立了信号光和泵浦光同步时实现线性啁啾匹配的方法。以磷酸二氢钾作为非线性晶体,研究了信号光和泵浦光之间的线性啁啾匹配和时间同步抖动对光参量啁啾脉冲放大后信号光脉冲波形和转换效率的影响。结果表明：在时间同步的情况下,线性啁啾匹配时的信号光脉冲波形很对称,转换效率也较高;在同步抖动程度一定的情况下,不同泵浦光啁啾参数时,信号光的增益及放大后的脉冲波形差异较大;在线性啁啾匹配程度一定时,信号光和泵浦光时间同步抖动越严重,放大信号光的脉冲波形变化越大,信号光增益越小,且转换效率也越低。     

能量啁啾电子束自由电子激光放大啁啾脉冲

 提出采用具有能量啁啾电子束的自由电子激光放大器放大啁啾脉冲,分析说明了它的工作机理和滑移现象对其的影响。采用研制的1维非定态程序GOFEL-P,对能量啁啾自由电子激光放大器放大啁啾脉冲的过程进行了数值模拟和分析,计算了不同啁啾参数的脉冲被放大后的腔外压缩情况。结果表明：与单能电子束时相比,能量啁啾自由电子激光可以放大具有更大啁啾参数的啁啾脉冲,使压缩后的脉冲峰值功率增大至568 GW,脉冲宽度缩短至2.29 fs,大幅增强自由电子激光放大啁啾脉冲以及腔外压缩脉冲的效果。     

基于级联光参量放大的超短脉冲群速度调控(特邀)

提出并研究了一种宽带、大量程、方向可控的超短脉冲群速度调控方法。利用级联光参量放大,将泵浦光时域的线性强度调制转移至啁啾信号光频域的线性位相调制,压缩后信号光脉冲将获得延时或提前。通过调控泵浦时域强度调制的斜率大小和符号,可对信号光群速度调控的量程和方向进行灵活操控。级联光参量放大过程不需要满足位相匹配,响应带宽很大,原理上支持周期量级脉冲的群速度调控。分别研究了锯齿型和高斯型脉冲泵浦的级联光参量放大过程,演示验证了该方法的调控效果。该方法可在常规非线性晶体中实施,具备应用价值。     

啁啾匹配OPCPA方案用于消除超短激光脉冲的预脉冲

采用了一种利用啁啾匹配光参量啁啾脉冲放大（OPCPA）技术来消除泵浦脉冲时间窗口内的预脉冲的方法,并对该方法展开了数值模拟研究。分析了泵浦光脉冲形状、预脉冲提前时间等因素对预脉冲消除效果以及信噪比提升情况的影响。通过与传统的非共线OPCPA方案对比,发现啁啾匹配OPCPA方案可以消除掉离主脉冲更近的预脉冲,且它对预脉冲的消除效果受泵浦光脉冲形状的影响较小。     

输出13.5fs激光脉冲的非共线式光参量放大器

利用BBO晶体在400nm的抽运光与信号光夹角为37°时,可同时在可见光范围内很宽的光谱范围里实现相位匹配的特点,实现了在可见光范围内具有极宽输出光谱宽度的飞秒光学参量放大器(OPA)的稳定运转,其输出脉冲能量大于15μJ,转换效率超过15%.并且在仅采用啁啾镜作为脉冲压缩器的情况下,获得了输出脉冲宽度为135fs的极窄光脉冲,其脉冲宽度压缩比高达22倍 关键词： 非共线相位匹配 光学参量放大 啁啾镜     

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。     

光参量啁啾脉冲放大的逆问题

针对光参量啁啾脉冲放大的逆问题,即如何在给定输出信号光脉冲波形的前提下,通过计算得到输入信号光脉冲波形,提出了相应的计算模型和方法.以分步傅里叶变换和四阶龙格-库塔法为基础,通过数值拟合等方法,建立了输入-输出信号光强之间的定量关系.分别以预期输出信号光脉冲为啁啾高斯脉冲以及具有特定形状的整形脉冲为例,通过逆算得到了相应的输入信号光脉冲波形.研究结果表明,该逆算方法具有原理简单、计算快速准确等优点,可为激光脉冲整形设计提供参考. 关键词： 光参量啁啾脉冲放大 逆问题 啁啾脉冲 脉冲整形     

稳定高质量光参量啁啾脉冲放大系统优化设计

要实现光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)系统稳定、高质量输出,需要同时对光参量放大和泵浦光倍频这两个非线性过程进行优化设计。在光参量放大系统优化设计中,建立了描述光参量放大过程的多种简化物理模型;通过模拟泵浦光和信号光口径匹配关系,分析了放大信号光空间两维对称性并提出了优化方法;建立了非线性晶体最佳长度确定及调谐方法,以实现信号光输出高稳定性。在泵浦光倍频系统优化设计过程中,提出应用位相失配法实现稳定倍频输出,研究表明这种方法不仅能实现倍频光能量起伏抖动远远小于基频光能量的起伏抖动,而且能减小泵浦光近场调制度和时间波形调制,极大地改善输出倍频光光束质量,进而提高OPCPA系统输出信号光质量。     

基于光纤光参量放大的光脉冲压窄技术的研究

在高重复频率的光窄脉冲源中,为了获得更窄的脉冲,需要增加泵浦功率;但泵浦功率的提高会使光放大器的增益趋于饱和,放大的自发辐射噪音增强,脉冲光信噪比下降.为此,提出了利用啁啾管理和光纤光参量放大相结合的脉冲压窄方案.将强度调制后的泵浦光通过相位调制引入线性负啁啾,由于经参量过程后在新的闲频光上啁啾会加倍,从而进一步增大了...     

基于光纤光参量放大的光脉冲压窄技术的研究

在高重复频率的光窄脉冲源中,为了获得更窄的脉冲,需要增加泵浦功率|但泵浦功率的提高会使光放大器的增益趋于饱和,放大的自发辐射噪音增强,脉冲光信噪比下降.为此,提出了利用啁啾管理和光纤光参量放大相结合的脉冲压窄方案.将强度调制后的泵浦光通过相位调制引入线性负啁啾,由于经参量过程后在新的闲频光上啁啾会加倍,从而进一步增大了信号的谱宽,并通过色散补偿介质实现了光脉冲压缩.实验给出了10 GHz速率下的结果,通过泵浦光的相位调制在0.5 W平均泵浦光功率条件下得到了脉宽19 ps的光脉冲,结果与理论分析基本吻合.     

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     

色散管理掺铥光纤激光器高能量脉冲的产生

设计了一种基于色散管理的掺铥光纤激光器。通过调节泵浦功率以及腔内偏振态，首先实现了稳定的展宽脉冲输出，中心波长和脉冲宽度分别为1 939.4 nm和482 fs。最大输出功率为15 mW，对应的单脉冲能量为0.52 nJ。增加泵浦功率到645 mW时，通过适当调节偏振控制器可以实现类噪声脉冲锁模，中心波长为1 940.1 nm。所实现的锁模脉冲具有飞秒量级的尖峰以及皮秒量级的基底。最大输出功率为20.4 mW，相对应的单脉冲能量为0.7 nJ。相比于传统孤子，采用色散管理所实现的锁模脉冲具有更高的脉冲能量。此外，所设计的掺铥光纤激光器可作为理想的主振荡功率放大以及啁啾脉冲放大结构的种子源，进一步提高脉冲能量，拓展2 μm高能光纤激光器的实际应用。     

钛宝石再生放大器实验研究

分析了啁啾脉冲在钛宝石再生放大器中的能量增益与泵浦光及信号光光束口径的关系。并用不同能量的调Ｑ倍频ＮｄＹＡＧ激光器的５３２ｎｍ光为泵浦光，测量了２ＴＷ钛宝石激光系统中钛宝石再生放大器在无注入信号脉冲时和有注入信号脉冲时的脉冲建立时间及相应的输出能量大小。再生放大器的增益为２×１０７。     

双向泵浦钛宝石脉冲激光的多通放大

 从基本理论出发，系统地计算分析了双向泵浦钛宝石激光放大器的增益特性，进而采用新的放大构型完成了啁啾脉冲八通放大实验，放大总增益近10⁶，输出脉冲能量达0.8mJ。