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。     

发散光束抽运的宽带光参量啁啾脉冲放大系统的理论研究

对发散光束抽运的光参量啁啾脉冲放大器的增益带宽进行了系统的理论研究.采用空间傅里叶变换和四阶Runge-Kutta算法，分别模拟了非衍射极限情况下的高斯光束和空间频谱为矩形的发散光束作为抽运光时的增益曲线.结果表明：不管是在可见光或是在近红外光谱区，用发散光束均可以明显地改善光参量啁啾脉冲放大系统的增益带宽.选取合适的发散角和抽运光强，可以获得高增益、宽谱带的信号光输出. 关键词： 光参量啁啾脉冲放大 增益带宽 发散角 高斯光束     

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。     

光参量啁啾脉冲饱和放大的增益稳定性

 光参量啁啾脉冲放大（OPCPA）在饱和放大区存在一个增益稳定点，据此设计了一个输出稳定的三级OPCPA系统；第一、二、三级分别选用准相位匹配的周期极化钛氧磷酸钾（PPKTP）晶体、LBO晶体和KDP晶体作为增益介质。饱和放大时，增益随泵浦光强度变化时的增益输出稳定性明显改善，在泵浦光强度抖动低于6%的情况下，各级光参量放大器OPA输出的增益抖动小于1%。前级采用准相位匹配的PPKTP晶体作为增益介质，在远低于破坏阈值的30MW/cm²的泵浦功率密度下，可得到2×10⁵的饱和放大增益和20%的能量转换效率。     

非单色光抽运的光参量啁啾脉冲放大的带宽及增益特性研究

采用傅里叶变换的方法将脉冲光分解成不同的频率成分,建立了非单色光抽运的光参量放大耦合方程组的数值求解模型.研究了非单色抽运光对光参量啁啾脉冲放大的小信号增益、大信号增益以及增益带宽的影响.非单色抽运光降低参量放大的增益水平,但同时可提高增益带宽,且抽运光谱宽越宽,对增益带宽的提高作用越大.还进一步从相位失配和参量带宽的角度分析了非单色抽运光使参量放大的增益降低、带宽增大的原因. 关键词： 光参量啁啾脉冲放大 非单色光 增益带宽 飞秒激光     

皮秒短脉冲光参量啁啾脉冲放大中泵浦信号高精度同步主动控制技术研究

在皮秒短脉冲泵浦的光参量啁啾脉冲放大(ps-OPCPA)系统中,泵浦光与信号光之间的高精度时间同步是需要解决的关键问题之一.本文基于中国工程物理研究院激光聚变研究中心的全OPCPA激光装置,对用于前端ps-OPCPA中泵浦光与信号光的高精度同步主动控制技术进行了详细研究.采用大啁啾信号光窄光谱光参量放大的主动反馈方式,通过合理设计反馈光路信号光的时域展宽啁啾系数,将泵浦光与信号光的同步时间抖动从ps量级降低至百fs量级的时间范围,从而极大地改善了前端ps-OPCPA的能量和光谱不稳定性:7 min测试时间内泵浦光与信号光相对同步时间抖动的均方根值(RMS)从458 fs改善至93 fs,输出能量RMS不稳定性从30.3%改善至3.15%,且维持光谱宽度大于100 nm的稳定宽光谱输出.     

高效三通光参量啁啾脉冲放大器

为了提高信号光与抽运光在时域上的匹配,提高放大系统的增益,提出了三通光参量啁啾脉冲放大的方法。实验中,信号光在一块晶体内被一抽运光在完全相位匹配的条件下放大了三次,总放大增益为3.7×107,能量晃动小于3%rms,放大后的信号光谱宽为30nm,压缩后的信号光脉宽为82fs。实验结果表明:采用三通光参量啁啾脉冲放大方法,有效地抑制了放大过程中参量荧光对放大过程的影响,在抽运光强为350MW/cm2时,参量荧光仅占输出总能量的1%。     

高功率脉冲在大模场掺Yb3+光纤中的自相似传输放大特性

分析了高功率脉冲在增益光纤中传输放大时非线性薛定谔方程的自相似解,得出注入光的脉宽和能量满足一定关系时,优化增益光纤的长度,才能满足种子光脉冲在增益光纤中的自相似传输放大.揭示了高功率种子光脉冲在光纤中自相似演化的特征参量.此外,模拟了注入能量为400 pJ,脉宽为200 fs,波形分别为正割、高斯以及3阶超高斯的种子光脉冲在纤芯为30μm的大模场增益光纤中的传输放大特性.结果表明3种波形的种子光脉冲的时间波形与光谱均演化为抛物形,时间波形与光谱均发生展宽,但光谱两侧均发生抖动.自相似传输放大后,脉冲为线性啁啾,易于压缩,对实现全光纤高功率超短脉冲产生系统具有重要意义.     

大信号增益区的宽带OPCPA系统特性分析

 利用大啁啾信号光脉冲的光谱在时域内的分布特点，采用四阶龙格-库塔算法对宽光谱的光参量啁啾脉冲放大（OPCPA）激光器特性进行了数值分析。以LBO晶体为增益介质，信号光脉冲宽度取100 ps、啁啾系数为1 000，中心波长为800 nm；泵浦光的中心波长为532 nm，脉宽为100 ps。数值计算结果表明：信号光的非线性相位变化的中心部分为线性分布区，且随增益饱和的程度增大而增大；系统的功率转换效率有准振荡结构，且其第一个极值点为系统能量最大的转换率点；随着系统进入增益饱和区，压缩光脉冲的对比度明显降低，预脉冲长度显著增大。     

用于产生亚12fs脉冲的脉冲波前匹配的超宽带光学参量啁啾脉冲放大器

研究和建议了一种用于产生亚12fs脉冲的基于脉冲波前匹配的LBO超宽带光学参量啁啾脉冲放大器。实验结果表明LBO超宽带光学参量啁啾脉冲放大器可以输出大于60nm(FWHM)的增益光谱带宽，为了利用这种放大器产生转换限制的脉冲输出，给出了一种将超宽带光学参量啁啾脉冲放大器与脉冲波前匹配相结合的方法，这种方法等价于信号光脉冲波前无斜置的放大，克服了超宽带参量啁啾脉冲放大器中由于信号光的脉冲波前斜置而导致很难获得最短压缩脉冲输出的缺陷，从而允许产生转换限制的亚12fs脉冲。     

光参量啁啾脉冲放大增益特性研究

 通过对非线性三波耦合方程组进行数值求解，研究了光参量放大的增益特性及饱和放大特性。给出了泵浦光、信号光参数对参量增益的影响及其与晶体饱和长度的关系。且OPA具有传统CPA系统所不具有的优点，将有可能取代传统的CPA系统而作为超短超强激光系统的新型前端。     

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.     

Improvement of contrast ratio in saturated OPCPA system by using pump pulse shaping and time delay control

We theoretically investigated the temporal profile of a background pedestal in a single-stage optical parametric chirped pulse amplification (OPCPA) system, and showed that the amplified spontaneous emission (ASE) prepulse in the saturation regime degrades the contrast ratio. To improve the contrast ratio in a saturated OPCPA system, a method using pump pulse shaping and the time delay control between pump and seed pulses was utilized. Through numerical simulations, the effect of the rising time and the time delay of a pump pulse on the background pedestal was subsequently investigated in terms of the contrast ratio. From the simulation results, it was determined that an optimal rising time and the time delay of the pump pulse are critical for obtaining a high-contrast broadband laser pulse from a saturated OPCPA system.     

Optical switching and contrast enhancement in intense laser systems by cascaded optical parametric amplification

Optical parametric chirped-pulse amplification (OPCPA) can be used to improve the prepulse contrast in chirped-pulse amplification systems by amplifying the main pulse with a total saturated OPCPA gain, while not affecting the preceding prepulses of the seed oscillator mode-locked pulse train. We show that a simple modification of a multistage OPCPA system into a cascaded optical parametric amplifier (COPA) results in an optical switch and extreme contrast enhancement that can completely eliminate the preceding and trailing oscillator pulses. Instrument-limited measurement of a prepulse contrast ratio of 1.4 x 10(11) is demonstrated from COPA at a 30 mJ level.     

High-power output from a compact OPCPA laser system

With a tabletop hybrid Nd:YAG-Nd:glass laser as pump source, a compact optical parametric chirpedpulse amplification(OPCPA)laser system with a peak output power of 16.7 TW and a pulse duration of120 fs has been demonstrated.Chirped pulses are amplified from 50 pJ to more than 3.1 J with an energygain of above 6×10~(10)by three LBO optical parametric amplifiers with a pump energy of 12.4 J at 532nm.After compression, a final output of 2.0-J/120-fs pulse is obtained. To the best of our knowledge,itis the highest peak output power from an OPCPA laser so far.In addition, a practical design of 1-PWlaser system based on the technique of OPCPA is also proposed.     

Trends in ultrashort and ultrahigh power laser pulses based on optical parametric chirped pulse amplification

Since the proof-of-principle demonstration of optical parametric amplification to efficiently amplify chirped laser pulses in 1992,optical parametric chirped pulse amplification(OPCPA)became the most promising method for the amplification of broadband optical pulses.In the meantime,we are witnessing an exciting progress in the development of powerful and ultrashort pulse laser systems that employ chirped pulse parametric amplifiers.The output power and pulse duration of these systems have ranged from a few gigawatts to hundreds of terawatts with a potential of tens of petawatts power level.Meanwhile,the output pulse duration based on optical parametric amplification has entered the range of fewoptical-cycle field.In this paper,we overview the basic principles,trends in development,and current state of the ultrashort and laser systems based on OPCPA,respectively.