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。     

高温合金不同脉宽超快激光作用下多脉冲去除阈值

实验研究了激光脉冲宽度和脉冲个数对镍基高温合金材料去除阈值的影响,分别在290 fs,1 ps和7 ps脉宽的激光下,使用1,10,50,100,300,500和1000个不同能量的激光脉冲辐照高温合金样品表面。实验结果表明,烧蚀坑尺寸会随脉冲数的增加而增加,而脉冲宽度的增加会加大脉冲个数对烧蚀坑直径的影响。通过烧蚀坑直径的平方值与激光脉冲能量之间存在的对数关系,得到了不同脉冲宽度下镍基高温合金的多脉冲材料阈值。3种不同脉宽下的高温合金多脉冲去除阈值都存在显著的累积效应。根据去除阈值计算得到290 fs,1 ps和7 ps脉宽下的累积效应系数分别为0.88,0.86和0.78。     

高功率全光纤啁啾脉冲放大激光系统

采用基于非线性偏振旋转原理的光纤被动锁模激光器作为主振荡器。输出信号脉冲的重复频率为30MHz,脉冲半高全宽为265fs。信号脉冲通过全光纤啁啾脉冲激光放大系统展宽至100ps后,经过1级芯径10μm的光纤预放大器和1级芯径50μm的光纤功率放大器将脉冲平均功率放大至10W,斜率效率41.5%。输出脉冲经光栅压缩器将脉宽压缩至594fs。     

亚皮秒级时间分辨率的光取样示波器实验样机

利用自行开发的高稳定、低抖动和重复频率可调的“σ”型被动锁模光纤激光器作为高性能光学取样源,与待测的80 Gb/s光脉冲信号同时输入到100 m高非线性光纤中,通过四波混频效应实现了对被测光信号的全光采样。然后利用自行开发的数字信号处理与计算机图形显示软件,精确地重现了被测试的基于RZ码型的80 Gb/s光脉冲信号波形图。同时,还利用该光学取样示波器实验样机系统对重复频率为10 GHz、脉宽为1.8 ps的商用半导体主动锁模激光器的输出波形进行测量,所显示的脉冲宽度值为2.0 ps。这表明开发出的实验样机系统的时间分辨率优于900 fs。     

脉冲激光频域干涉技术在超快动力学物理中的应用

介绍了一种具有fs时间分辨力的超短脉冲激光频域干涉测试技术,详细论述了该技术的工作原理和系统构成,指出传输时间差和相位差是影响频域干涉条纹周期的主要因素。采用脉冲激光频域干涉仪测量了200 nm厚度铝膜在波长800 nm、单脉冲能量0.7 mJ、脉宽35 fs脉冲激光作用下的运动速度剖面。在单次飞秒脉冲激光作用下,铝膜自由面的运动速度峰值可达960 m/s,速度剖面的上升前沿小于5.77 ps,表明脉冲激光频域干涉技术可用于测量材料在超快脉冲激光作用下的冲击动力学参数。     

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。     

超短激光脉冲测量技术的发展

 自从60年代中期实现固体激光器的锁模以来,激光脉冲的宽度经历皮秒(ps,10-12秒)、飞秒(fs,10-15秒)量级,目前已向阿秒(as,10-18秒)量级进军。超短激光脉冲自诞生以来一直朝着更短更强及波段更宽的方向发展。超短激光脉冲为人类提供了强有力的研究超快现象的手段,应用领域日趋扩大。作为评价和应用超短脉冲的前提,测量技术和超短脉冲的产生技术本身具有同等的重要意义。纵观超短激光脉冲测量技术的发展历史,其进步与超短激光脉冲产生技术的发展是分不开的。因此研究超短激光脉冲测量技术,完整准确地了解脉冲的宽度、相位及形状信息,是超快技术研究中非常重要的内容。     

铋纳米薄膜相干光学声子研究

利用共轴双色飞秒激光泵浦-探测技术测量了铋(Bi)纳米薄膜的相干光学声子。采用自相关技术测量得到探测光的脉宽约为45 fs,用探测光和泵浦光的互相关信号得到泵浦光经过脉冲整形以后的脉宽约为250 fs,进而测量得到Bi纳米薄膜的对称振动模频率为2.86 THz,与自发Raman光谱的结果吻合。采用指数衰减函数与互相关信号的卷积拟合延迟时间在10 ps以内的差分反射信号,确定了相干光学声子振幅衰减的特征时间约为2.6 ps,与电子衰减特征时间相近,却远小于晶格加热的特征时间,从而为进一步揭示材料内部载流子与声子的相互作用提供了依据。     

激光脉宽对玻璃波导性能的影响(特邀)

改变激光脉宽,在硼铝硅酸盐玻璃内直写光波导,研究了脉冲宽度对光波导截面形貌、模场大小及定向耦合器透射比的影响。实验中,采用脉宽为239 fs单模/多模临界功率的激光制备光波导,其截面大小由5.4μm×4.2μm(239 fs)变为5.1μm×2.4μm(700 fs);模场大小由6.2μm×6μm(239 fs)变为5.8μm×4.8μm(700 fs)且传输模式均为单模,模场形状逐渐从圆形变成椭圆形;定向耦合器的透射比在水平偏振下由97.8%(239 fs)变化为70.2%(700 fs),在垂直偏振下由99.2%(239 fs)变化为79.7%(700 fs)。实验发现脉宽在600 fs以上的激光不利于制备性能稳定的玻璃波导。     

超短激光脉冲对宽带光学物质的微加工

通过讨论超快飞秒激光脉冲和长脉冲宽度的激光脉冲紧导致宽能隙透明电介质的损伤机理和比较超短激光脉冲与长激光脉冲对宽能隙透明电介质的损伤程度，得出超短激光脉冲是一种可对透明宽带电介质进行加工的有效工具的结论。当波长为800nm，脉冲宽度为150fs的激光脉冲紧聚焦到不同的宽能隙透明电介质（K9玻璃和ZK6玻璃）体内时，可制作不同光栅常数的光栅，并在波长为635nm的He-Ne连续激光的垂直照射下，对光栅的远场相对衍射效率和光栅的衍射效率进行了测量。     

Pulse synthesis in the single-cycle regime from independent mode-locked lasers using attosecond-precision feedback

We report the synthesis of a nearly single-cycle (3.7?fs), ultrafast optical pulse train at 78?MHz from the coherent combination of a passively mode-locked Ti:sapphire laser (6?fs pulses) and a fiber supercontinuum (1-1.4?μm, with 8?fs pulses). The coherent combination is achieved via orthogonal, attosecond-precision synchronization of both pulse envelope timing and carrier envelope phase using balanced optical cross-correlation and balanced homodyne detection, respectively. The resulting pulse envelope, which is only 1.1 optical cycles in duration, is retrieved with two-dimensional spectral shearing interferometry (2DSI). To our knowledge, this work represents the first stable synthesis of few-cycle pulses from independent laser sources.     

超快贝塞尔光束在硫化锌晶体表面制备纳米孔

硫化锌(ZnS)晶体是重要的宽光谱红外窗口材料,高深径比纳米孔的超快激光制造技术为中红外波导傅立叶变换光谱仪等光子器件的实现提供了重要的技术途径。本文采用中心波长为1030 nm、重复频率为100 kHz、脉冲宽度为223 fs~20 ps可调的Yb:KGW激光光源,用石英锥镜产生高斯-贝塞尔光束,并用4f系统构建了40倍缩束的超快激光直写系统。在能量为36~63μJ,脉宽为12.5~20 ps的情况下,在ZnS晶体上成功刻写了直径为80~320 nm的纳米孔结构。通过聚焦离子束(FIB)剥蚀和扫描电子显微镜(SEM)成像确定了纳米孔隙表面形貌、直径及深度信息。研究了激光脉冲能量、脉冲宽度对纳米孔隙的影响。结果表明,在20 ps脉冲宽度、48μJ脉冲能量的激光参数下,纳米孔隙的深度约为270μm。     

富勒烯有机-无机杂化材料的非共珍三阶非线性光学特性

采用中心波长800 nm、脉宽30 fs的超短激光脉冲,通过飞秒光开关技术（Optical Kerr Shutter,OKS）对富勒烯有机-无机杂化材料的飞秒超快非线性特性进行了实验研究.获得270 fs的开关时间,所得的富勒烯有机-无机杂化材料的三阶非线性系数χ(3)约为4.5×10－14 esu,比C60分子的三阶非线性系数χ(3)高一个数量级.通过实验测定的光克尔信号强度与激发光和探测光偏振方向夹角的依赖关系表明：30 fs的超短激光脉冲激发富勒烯有机-无机杂化材料的克尔信号主要是源于光诱导双折射效应,而非用200 fs的超短激光脉冲时来自瞬态栅的自衍射效应.     

富勒烯有机-无机杂化材料的非共珍三阶非线性光学特性

采用中心波长800 nm、脉宽30 fs的超短激光脉冲,通过飞秒光开关技术(Optical Kerr Shutter,OKS)对富勒烯有机-无机杂化材料的飞秒超快非线性特性进行了实验研究.获得270 fs的开关时间,所得的富勒烯有机-无机杂化材料的三阶非线性系数X~(3)约为4.5×10~(-4) esu,比C_(60)分子的三阶非线性系数X~(3)高一个数量级.通过实验测定的光克尔信号强度与激发光和探测光偏振方向夹角的依赖关系表明:30 fs的超短激光脉冲激发富勒烯有机-无机杂化材料的克尔信号主要是源于光诱导双折射效应,而非用200 fs的超短激光脉冲时来自瞬态栅的自衍射效应.     

飞秒脉冲非对称互相关绝对测距

光学频率梳是一种重复频率与偏置频率锁定的新型光源,在频域上为频率间隔稳定的频率梳齿,在时域上为相对距离稳定的飞秒脉冲激光.光学频率梳在测距中的应用广泛,能够实现远距离高精度的测量.本实验使用飞秒激光脉冲作为光源,基于谐振腔扫描光学采样测距原理得到非对称的互相关干涉条纹,实现了远距离高精度的绝对测距.非对称互相关条纹可通过色散补偿与调节光学频率梳的重复频率得到,并通过得到的非对称的互相关干涉条纹对测距结果进行补偿.实验结果表明测距系统能够实现在50 m范围内误差为2 μm的绝对测距,测量相对误差为1.9×10^-7.     

基于瞬态光栅频率分辨光学开关法测量飞秒脉冲的研究

超宽光谱的飞秒脉冲测量一直是超快激光领域的重要研究方向之一.常规的飞秒脉冲自相关方法是通过测量自相关倍频信号来获得,而倍频信号具有波长选择性,不同中心波长的飞秒脉冲测量需要更换不同的倍频晶体,十分不方便.因此,提出了一种改进型的瞬态光栅频率分辨光学开关(TG-FROG)方法用于测量飞秒脉冲.该方法结合四波混频和频率分辨光学开关方法,其基本过程是将待测脉冲分为三束,其中两束脉冲经过精密的延时控制并聚焦在光学介质上达到时空重合,利用三阶非线性效应产生稳定的瞬态光栅作为开关光;另一束脉冲作为探测光与产生的瞬态光栅进行相互作用产生一个信号光,使用光谱仪对该信号光的光谱与延迟时间进行测量,并通过反演迭代算法处理而获取待测飞秒脉冲的光谱与电场信息.该方法只需要待测光的功率密度达到三阶非线性效应就可以实现测量,因此可以应用于任意中心波长的飞秒脉冲测量.利用该方法对中心波长分别为800 nm, 400 nm的飞秒脉冲,以及超连续亚10 fs的周期量级超宽光谱飞秒脉冲进行了测量,并与常规的干涉自相关仪器测量结果进行了比较,所得测量结果基本一致.实验结果表明,建立的基于TG-FROG方法对不同中心波长,不同脉冲宽度的飞秒脉冲测量是十分有效的.     

利用光锁相环路实现40 Gb/s时钟恢复

提出并建立了一种新型的基于光纤四波混频效应和压控光脉冲源的光锁相环路(OPLL),用于光时分复用系统(OTDM)中的时钟恢复过程。从理论上分析了其工作原理,及各模块结构和功能。利用高非线性光纤中的四波混频效应实现全光鉴相器,有效缩短了光纤长度,减小了光纤色散引起的脉冲走离,鉴相器消光比超过30 dB。采用再生锁模光纤激光器实现压控光脉冲源,在保证脉冲质量的前提下,重复频率调节范围达到380 kHz。在40 Gb/s时钟恢复实验中,获得脉宽为7.2 ps、接近变换极限的时钟脉冲,时间抖动(RMS)为152 fs,超模抑制比大于60 dB。实验证明,输入信号幅度波动和码型效应对环路影响很小。     

基于平衡光学互相关方法的超短脉冲激光相干合成技术

相干合成技术是超快光学领域的重要研究方向之一.当单路脉冲激光的连续谱超过一个倍频程时,精确控制其光谱相位(色散管理)是获得亚周期超短脉冲激光的关键.由于常见的脉冲压缩系统存在光谱带宽限制,因此多通道相干合成技术受到了广泛的关注.本文将充气空心光纤展宽后的超倍频程连续光谱分波段独立压缩,并利用平衡光学互相关方法锁定子脉冲之间的相位延迟,获得了4.1 fs的合成脉冲.实验结果表明相干合成技术在高能量亚周期超快光场调控中存在优势.