飞秒激光脉冲宽度和脉冲波形测试技术

飞秒激光在激光核聚变、卫星精密测距、激光微加工等领域具有重要的应用前景,同时也是产生太赫兹波的主要泵浦源。介绍了国内外飞秒激光脉冲宽度和脉冲波形的测试方法,比较了自相关法、频率分辨光学快门法、光谱相位相干直接电场重构法的优缺点。自相关法具有脉宽测量范围广、结构简单等特点,但不具备脉冲波形测试能力。光谱相位相干直接电场重构法对待测激光光束质量要求较高, 不适合大量程范围激光脉宽快速测量。为满足10 fs~5 ps大量程范围超短激光脉冲宽度和脉冲波形的测试需求,采用自相关法及二次谐波频率分辨光学开关法研制飞秒激光脉冲宽度和脉冲波形测试仪,时间分辨率优于2 fs。     

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).     

1 kHz-0.1 TW高效率钛宝石激光放大器

介绍了一种高重复频率掺钛蓝宝石飞秒激光多通高效率放大系统.在抽运功率为23 W，入射功率为660 mW时，获得7.2 W的放大输出，放大效率达30%.经压缩器压缩后，获得单脉冲能量4.5 mJ,脉冲宽度为 38 fs，重复频率为1 kHz，峰值功率大于0.1 TW的超短超强激光脉冲. 关键词： 飞秒脉冲 高重复频率 啁啾脉冲放大     

高精度激光微能量校准技术研究

利用斩波器将连续激光斩波成为脉冲宽度s量级重频脉冲激光,利用选单器将重频脉冲激光转变成单脉冲激光,从而实现变连续激光为单脉冲激光。由陷阱探测器测量连续激光的输出功率,高速APD、高增益PIN探测器作为波形探测器测量脉冲激光波形,并通过示波器对脉冲宽度进行测量。依据测量得到的功率和波形就可得到脉冲激光能量,从而实现了0.2 pJ激光微能量的测量和校准,通过不确定度分析,该装置的pJ激光能量测量不确定度达到了0.42%。     

飞秒抽运随机激光输出波形的可控性研究

本文基于随机激光的时域理论,研究了飞秒脉冲抽运下二维随机激光的辐射特性,并着重讨论了抽运脉冲的峰值强度、脉宽和脉冲波形对辐射光时域波形的影响.结果表明, 辐射光的时域波形强烈依赖于抽运光脉冲的参数,通过调整抽运方式可以控制辐射光的输出波形.数值模拟结果为研究随机激光输出波形的可控性技术提供了理论依据. 关键词： 激光物理 随机激光器 飞秒抽运 脉冲波形     

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     

自相关法测量飞秒激光双脉冲若干参量的研究EI北大核心CSCD

飞秒激光双脉冲在研究光泵浦的超快瞬态过程领域具有重要的应用价值,如何实现高准确度的飞秒激光双脉冲的实时测量显得尤为重要.本文提出了一种基于自相关法的飞秒激光双脉冲参量的测量方法,可实现对共光路传输、具有飞秒至皮秒级时间间隔的飞秒激光双脉冲的脉冲间隔、脉冲宽度和强度比的实时测量.实验中采用自相关仪测得了双折射晶体(钒酸钇)分束出的飞秒激光双脉冲的自相关曲线,并用非线性拟合算法求得了飞秒激光双脉冲的脉冲间隔、脉冲宽度和强度比参量.实验结果表明,本文方法与互相关测量方法相比,克服了参考脉冲参量的不确定性对检测准确度的影响,使测量平均准确度提高了48%以上.     

自相关法测量飞秒激光双脉冲若干参量的研究

飞秒激光双脉冲在研究光泵浦的超快瞬态过程领域具有重要的应用价值,如何实现高准确度的飞秒激光双脉冲的实时测量显得尤为重要.本文提出了一种基于自相关法的飞秒激光双脉冲参量的测量方法,可实现对共光路传输、具有飞秒至皮秒级时间间隔的飞秒激光双脉冲的脉冲间隔、脉冲宽度和强度比的实时测量.实验中采用自相关仪测得了双折射晶体(钒酸钇)分束出的飞秒激光双脉冲的自相关曲线,并用非线性拟合算法求得了飞秒激光双脉冲的脉冲间隔、脉冲宽度和强度比参量.实验结果表明,本文方法与互相关测量方法相比,克服了参考脉冲参量的不确定性对检测准确度的影响,使测量平均准确度提高了48%以上.     

高强度飞秒激光脉冲在空气中的自压缩

利用高重复频率（1kHz）、吉瓦级飞秒激光脉冲实验验证了高强度飞秒脉冲在空气中的自 压缩现象，研究了入射脉冲在不同初始啁啾情况下经空气中聚焦成丝后，时域及频域特性随 入射脉冲能量的变化规律.实验结果表明，在无需后继色散补偿情况下，高强度飞秒脉冲仅 通过在空气中的非线性传输过程就可以实现脉冲压缩；在入射脉冲为负啁啾情况下，实验观 察到脉冲光谱及时域宽度同时得到压缩，并可获得比激光源所能提供的更短的近双曲正割型 变换限脉冲. 关键词： 高强度飞秒激光脉冲 自压缩 自聚焦     

用反射式达曼光栅产生飞秒激光双脉冲

采用反射式达曼光栅建立了一种产生飞秒激光双脉冲的新装置.由于采用反射式结构，避免了材料色散和吸收导致的脉冲畸变，并构建了一台二次谐波-频率分辨光学开关装置对产生的双脉冲进行了测量.实验结果表明可以实现脉冲强度相等、时间宽度相同、不同间隔的双脉冲输出.产生双脉冲的装置在飞秒激光领域有着应用的价值. 关键词： 飞秒激光双脉冲 达曼光栅 二次谐波-频率分辨光学开关     

飞焦级脉冲激光能量测量方法研究

为解决1 fJ～1 pJ脉冲激光能量的测量问题,提出了一种基于时域波形积分的飞焦级脉冲激光能量测量方法。该方法采用光电倍增管（PMT）获得飞焦级脉冲激光的响应信号,该微弱响应信号经放大、校准与激光脉冲时域波形积分后实现飞焦级脉冲激光能量测量。根据该方法设计了飞焦级脉冲激光能量测量装置,并分析了该装置的测量不确定度。实验表明,该装置实现了波长1 064 nm、脉冲宽度5 ns～1 s、能量范围1 fJ～1 pJ的脉冲激光光源的能量测量,测量不确定度为15.8%。     

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。     

斩波法在激光微能量计标定中的应用

针对激光微能量测量的问题,提出一种激光微能量计标定新方法与装置。研究内容包括使用稳功率连续激光作为光源,通过基于斩波的脉冲发生器组件产生微能量的脉冲激光,分别使用脉冲宽度测量组件与功率测量组件进行采集、软件分析,计算微能量值及通过比对给出待标定能量计的修正系数,计算机自动控制。结果表明,该方法获得的脉冲激光波形稳定,脉冲宽度测量不确定度为0.08%,激光功率测量不确定度为0.25%,实现了对0.1 pJ～1 mJ的激光能量进行准确复现和传递。     

Dispersion and compensation of temporal pulse width for femtosecond pulse laser ranging

We built an atmosphere dispersion model of femtosecond laser pulses that can calculate temporal pulse width travelling in air. The initial pulse duration of 100 fs can be broadened to 60 ps when propagating 200 km in the atmosphere. An experimental system has been established to compensate the large dispersion propagating 200 km in the atmosphere. The single model fiber (SMF) and the prism pairs were, respectively, used for coarse and fine compensation in the system. The pulse duration was consistently regulated 150 fs by moving the distance of prism pairs. This method can reach submicron resolution for a long distance by means of time of flight measurement.     

皮秒级时间分辨超快高能脉冲激光光谱

介绍了一种利用光电摄谱法和条纹管相结合测量ps级时间分辨超快高能脉冲激光光谱的方法。论述了条纹相机工作原理和平面衍射光栅的分光原理,分析指出利用介绍的装置,可以实现波长300 nm ～1 600 nm、脉宽＞2 ps超快高能脉冲激光的光谱测量。采用1 054 nm超快高能脉冲激光器,实验得到了条纹像,对条纹像进行数据处理后得到测量光谱曲线,通过能量标定后,得到了超快高能脉冲激光器实际光谱曲线,验证了ps级时间分辨超快高能脉冲激光光谱方法。讨论了系统中耦合透镜组对光谱测量和光纤色散角对条纹图像的影响,论述了ps级时间分辨超快高能脉冲激光光谱的作用。随着条纹管制造技术的飞速发展,该方法可用于fs级激光光谱的测量。     

光谱位相相干电场法的参数分析及测量

从光谱位相相干电场重构法（ＳＰＩＤＥＲ）的原理出发,实现了算法、讨论时间延迟、光谱剪切量、滤波窗口宽度、色散量等几个方面的优化选取。当展宽器色散和脉冲宽度一定时,脉冲对的时间延迟存在一个最佳取值范围。相对光谱剪切量在５％～１５％间,滤波窗口宽度为／３,重构出的位相误差最小。对干涉图取平均来减小噪声的影响。用ＳＰＩＤＥＲ算法还原了脉冲的电场和位相信息,由ＳＰＩＤＥＲ测量的脉冲宽度为１７.７ fs。同时为了比较,用自相关法测量了同一脉冲,由自相关曲线可估算出脉冲宽度为１６.８ fs,与ＳＰＩＤＥＲ 的误差比为５．１％,说明了实验的有效性。     

短暂时间间隔测量及飞秒技术

回顾了短暂时间间隔测量的历史。条纹概念的引入、电光源和电子仪器的使用、激光的出现使能测量到的短暂时间间隔大大缩短。由于对撞脉冲锁模和啁啾脉冲压缩新概念的提出,人们将脉冲宽度压缩到了几个飞秒。介绍了自锁模钛宝石激光器的锁模、放大和调谐的工作原理以及飞秒技术在物理学、生物学、化学控制反应、光通讯等领域中的应用。     

国产啁啾布拉格光纤光栅在飞秒激光系统中的应用

利用自行研制的啁啾布拉格光纤光栅(CFBG)刻写系统完成CFBG样品制作,成功应用于光纤锁模振荡器和啁啾脉冲放大(CPA)系统中。振荡器可输出19.4 nm带宽、18 mW平均功率激光,并可压缩至143 fs,经时域展宽、功率放大、时域压缩后,脉冲宽度可至264 fs。实验结果初步证明了国产CFBG在飞秒激光系统应用的可行性。