Oeffner展宽器高倍率展宽脉冲的理论与实验研究

在理论上分析了Oeffner展宽器的色散特性，给出了展宽脉冲随Oeffner展宽器系统参数变化的关系．据此在实验上建立了一台Oeffner飞秒展宽器系统，将19fs的种子脉冲无色差展宽至605ps，测量结果与理论计算一致．     

光栅展宽系统中脉冲展宽比受高阶色散影响的数值分析

分析了光栅展宽器中高阶色散对飞秒种子脉冲展宽量的影响,给出了精确计算展宽器展宽倍数的公式,并且针对反射式共焦望远镜系统引入的球差对展宽系统的色散量进行了修正.通过数值计算与实验结果比较验证了理论计算的精确性,从而为准确估算光栅展宽器中脉冲的色散致展宽量提供了有效的方法.     

啁啾脉冲放大激光系统中展宽器色散的解析算法

时域色散精密控制是超短激光产生及其应用中的关键技术之一,它通过控制各波长的光程产生相对延迟从而改变脉冲宽度.展宽器是啁啾脉冲放大激光系统中对激光脉冲展宽的装置,基于光线追迹法研究光线在展宽器中的传输路径,可计算飞秒脉冲中各波长的光程,进而计算脉冲展宽量并应用于系统设计.由于展宽器的光程表达式复杂,直接对其求导获得色散表达式较困难,目前只能采用数值导数获得近似解,这在计算过程中会引入误差,不利于激光系统精确设计和优化.本文介绍了一种易实现的求解展宽器色散的解析算法,通过归纳展宽器光程表达式特点,引入四个基元函数,将光程表达式分解和反复代换,可得到高阶色散的精确解析值.本文首先对Martinez型展宽器重新光线追迹,获得与Offner型展宽器一致的相位表达式,其次通过解析算法获得了两种展宽器的精确高阶色散值,最后将解析算法与数值算法的结果进行了比较.该解析算法对于啁啾脉冲放大系统的参数设计具有实用价值.     

新型无象差展宽器色散量的光线追迹计算法

对无象差展宽器的结构进行了改进,利用光线追迹法计算了其色散量,分析了展宽结果与展宽器各参量的关系,数值模拟了飞秒脉冲的展宽过程,为该展宽器的优化设计与精细调节提供了依据.     

对于具有一定宽度的光束通过展宽器的色散误差的评价

利用光线追踪法计算了具有一定宽度的光束通过Martinez展宽器时的色散误差.结果表明,通常的无宽度理想光线的展宽器模型有足够的精确度.但是如果将光束反转后再送入展宽器,将得到更加完美的色散误差补偿 关键词： 飞秒激光放大器 展宽器 压缩器 色散补偿     

大口径啁啾脉冲放大激光系统光的谱剪切分析

啁啾脉冲放大（CPA）技术为获得拍瓦级峰值功率和102^20W／cm^2高峰值聚焦功率密度提供了技术手段，从而使“快点火”成为可能。啁啾脉冲放大的原理是：超短脉冲激光先经过展宽器展宽，再进入放大器放大，最后放大脉冲经过压缩器压缩输出超短脉冲。展宽器和压缩器均由光栅对构成，展宽器通过引入正色散获得正啁啾脉冲，压缩器与展宽器共轭引入负色散补偿正啁啾获得超短脉冲输出。啁啾脉冲在展宽、放大和压缩中存在光谱剪切（或称光谱变化）和高阶分布，从而对输出脉冲时空特性产生影响。     

适用于亚10 fs的共心衍射无像差展宽器

在升级5TW/40fs钛宝石激光系统的过程中,伴随10fs种子源的使用,提出并研制了一种新型的共心衍射无像差展宽器和全能量压缩器。该展宽器的最大特点是通过平面镜反射使光束入射时所形成的衍射点与展宽后的还原点均在凹面镜的球心(即共心结构),凹面镜不存在其它同类方法中的成像问题,展宽函数中不涉及凹面镜的焦距和离轴量。该展宽器可将亚10fs的种子脉冲展宽到纳秒量级,且具有无像差、高带宽、结构紧凑、调整精度高等优点,适合100TW级超快激光系统中脉冲展宽。     

马丁内兹型啁啾脉冲放大系统高阶色散的混合补偿

采用光线追迹法对含有马丁内兹型展宽器的CPA系统的各阶色散进行了系统的理论研究，提出了引入适当负三阶色散量以补偿五阶色散的总体色散的混合补偿方法.该方法能够获得比采用仅补偿二、三阶色散的逐阶色散补偿法更接近傅里叶变换极限的超短脉冲. 关键词： 啁啾脉冲放大 马丁内兹型展宽器 色散补偿     

啁啾光纤布拉格光栅展宽器的设计与制作

为获得较大展宽量的光纤器件,在相位掩模版刻写技术的基础上设计并制作了两种啁啾光纤布拉格光栅(CFBG)展宽器。基于相位掩模版刻写技术的原理和CFBG的色散补偿理论,提出了两种展宽器的制作方法,并优化了刻写光路,获得了高反射率、大反射带宽的CFBG。通过拉力传感器控制CFBG的反射谐振波长,通过改进刻写方式制作了大色散量的CFBG级联展宽器和大反射带宽的CFBG串联展宽器。搭建了两种展宽器的测试光源,通过直接测量的方式得到CFBG级联展宽器所提供的展宽量约为345 ps,这与理论结果相符;通过正、反接的方式间接推算了CFBG串联展宽器所提供的展宽量约为278.7 ps,这小于理论结果。     

基于Herriott型多通结构的块材料展宽与棱栅对色散补偿的啁啾脉冲放大

本文报道了基于块材料展宽与棱栅对压缩的飞秒啁啾脉冲放大(chirped-pulse amplification,CPA)系统.展宽器采用基于Herriott型多通结构的块材料作为色散元件,压缩器采用透射光栅与色散棱镜组合的棱栅对,由于它可以同时提供负的二阶和三阶色散,通过优化光栅刻线与棱镜顶角,可以实现对放大器中材料的三阶色散完全补偿,获得更窄的压缩脉冲.实验中,将展宽后的脉冲注入到环形再生腔中进行放大,放大后的脉冲由棱栅对压缩到39.6 fs,非常接近傅里叶变换极限的35.2 fs.由于采用块材料展宽器和棱栅对压缩器,整个放大系统非常紧凑,可作为后续放大以及超快现象研究的可靠光源.     

ffner展宽器高倍率展宽脉冲的理论与实验研究

在理论上分析了 ffner展宽器的色散特性 ,给出了展宽脉冲随 ffner展宽器系统参数变化的关系 .据此在实验上建立了一台 ffner飞秒展宽器系统 ,将 19fs的种子脉冲无色差展宽至 6 0 5ps ,测量结果与理论计算一致 .     

Analysis of the adjustment precision of the stretcher in the petawatt laser facility

Effects of stretcher adjustment aberration on the residual dispersions of the laser system is analyzed making use of the ray tracing method. It is shown that the adjustment aberrations affect the pulse contrast and we must select an appropriate adjustment precision for the stretcher in the petawatt laser system. And as an example, a proper adjustment precision of the pulse stretcher is also proposed for the SHENGUANG (SG) II laser facility.     

用于OPCPA展宽器的原理和优化设计

给出了一种ffner型展宽器的原理和设计,在光线追迹法的基础上用Matlab辅助程序进行了数值模拟计算,得到了影响展宽器性能参数的直观图形,并对这些参数如何影响展宽器的性能进行了分析讨论,最后给出了用于OPCPA展宽器的最优化设计参数.结果表明这种展宽器能将15 fs的脉冲展宽到900 ps.     

左手性介质透镜系统的赛德尔像差特性研究

根据初级像差理论，系统研究了由左手性介质构造的透镜系统的赛德尔像差特性.分析了左手性介质单折射曲面的赛德尔像差特性，发现其消初级球差的曲面类型比普通介质更为灵活且可用于实成像系统.依据薄透镜赛德尔和数公式，分析和设计了三种只有左手性介质才具备的可消部分赛德尔像差的薄透镜结构参数，提出了几种能同时消除全部五种赛德尔像差的由左手性介质构造的透镜组合系统.研究表明左手性介质相对于普通介质在消像差方面存在较大优势，在光学设计时可以采用更少的折射表面个数或更简单的表面形状即可到达同等的成像性能.     

有球差多色高斯光束衍射引起的光谱开关

从空间频率域交叉谱密度函数的传输公式出发，推导出有球差多色高斯光束被硬边光阑衍射 后轴上光谱的解析公式，无像差的结果作为本公式的特例.对所得公式作了详细的数值计算 和物理分析.结果表明，球差高斯光束被硬边光阑衍射后近场的光谱与无像差时比较 有蓝移、红移，也会出现光谱开关.着重分析了球差对光谱开关的影响. 关键词： 现代光学 光阑衍射 光谱开关 球差 多色高斯光束     

A novel confocal optical pulse stretcher for laser pulses

We present an analytical and experimental study of a novel confocal optical pulse stretcher (COPS). The simple and passive pulse stretcher consists of two concave mirrors and a scraper beam-splitter and its optical configuration ensures a perfect spatial overlapping of laser pulses at the beam-splitter. The pulse stretcher is compact and suitable for laser pulses of large divergences. The confocal optical pulse stretcher is demonstrated on a pulsed copper vapour laser to convert a 40 ns (1/e² % points) pulse into a 55 ns with reduction of peak power by a factor of 1.375 without loss of pulse energy.     

八通式单光栅展宽器的特性研究

本文通过对八通式单光栅展宽器的分析,理论上计算了在啁啾脉冲放大过程中,初始入射的无啁啾超短脉冲相继两次通过展宽器时每次所能获得的展宽倍数,最终得出它第二次的展宽倍数仅约为2,总的展宽倍数是第一次展宽倍数的2倍.     

基于耗散孤子种子的啁啾脉冲光纤放大系统输出特性

以不同滤波器带宽下获得的全正色散光纤激光器耗散孤子作为啁啾脉冲放大(CPA)系统的种子脉冲, 研究了光栅对和光纤展宽器CPA系统输出脉冲的可压缩性. 结果表明, 对于大能量耗散孤子种子脉冲, 当CPA系统采用正色散光纤展宽器时, 光纤群速色散与自相位调制之间的相互作用不仅可抑制耗散孤子脉冲光谱调制的影响, 还可使脉冲在光纤展宽器中自相似演化, 从而可提高CPA输出脉冲的可压缩性. 通过优化光纤展宽器长度, 对于耗散孤子种子源, 采用光纤展宽器的CPA系统输出脉冲可压缩性与主脉冲所占脉冲总能量之比均优于采用光栅对展宽器时的情况.