基于集成光学的ICF脉冲整形系统

本文对基于集成光学的激光约束核聚变（ＩＣＦ）脉冲整形进行了系统研究,分析了这种新型脉冲整形技术与以往技术相比所具有的优越性能及所包含的关键技术成分,并指出了脉冲整形系统性能的影响因素     

变换限制脉冲的研究

对增益开关分布反馈半导体激光器（ＧＳ－ＤＦＢ－ＬＤ）加法布里－珀罗共振腔滤波方法产生变换限制脉冲源进行了理论分析，设计出将不同光源变为变换限制脉冲所需的滤波器带宽，并计算出相应的输出脉冲脉宽谱宽，从实验上获得了变换限制脉冲，本文还研究了测谱仪器分辨率对测量结果的影响，导出了一套测量修正理论。     

利用集成光学技术的新型时间脉冲整形系统

通过对时间脉冲整形技术的探索，发展了一套准备应用于未来高功率激光装置的激光脉冲整形系统。在这套整形系统中，使用了通光波长1．053μm的质子交换型波导调制器。通过这套利用集成光学调制技术的整形系统，得到了脉冲起伏小于10％的整形方波光脉冲。     

新型激光装置前端系统激光时间脉冲整形技术

对惯性约束聚变实验而言,激光时间脉冲整形具有非常重要的意义。随着惯性约束聚变技术的不断发展,对终端脉冲的时间填充因子的要求越来越高,直接导致了对前端系统时间脉冲整形技术的要求也越来越高。为了满足惯性约束聚变实验对前端时间脉冲整形技术的要求,自行设计了“刀口器”装置。利用这一装置,并结合改进的时空变换脉冲整形技术,在“神光—Ⅱ”的升级装置上,实现了大功率激光装置上的激光时间脉冲整形,在终端得到了脉宽1．16ns、上升沿337ps、下降沿360ps、时间填充因子为81．2％的方波激光脉冲,满足了物理实验对前端系统激光时间脉冲整形的要求。同时,提出了进一步改进的措施,以满足今后物理实验的更高要求。     

复杂脉冲单发频域干涉测量

以傅里叶变换极限脉冲作参考脉冲,利用单次测量分析法对复杂的皮秒脉冲进行测量,用窗口傅里叶变换代替傅里叶变换对干涉条纹进行时间-频率分析,直接提取出复杂脉冲的啁啾特性或光谱成分,将光谱图中的功率密度S(ω,t)沿ω轴求和重建脉冲的时域包络.分别用该方法和传统频域干涉测量法测量一个线性啁啾脉冲和一个复杂脉冲.结果表明,该方法可实现复杂整形脉冲的实时测量,且时间分辨率为70 fs.     

阿秒范围电子动力学的直接观测

为研究一个系统的动力学过程，通常采用激光脉冲抽运实验的方法．实验中，用可见波长的抽运脉冲激光来激发该系统，并使用第二个探测脉冲对系统演化与脉冲问延迟的关系进行跟踪．在这种实验中，可达到的时间分辨依赖于激光脉冲的时间精度，但是这些脉冲通常要持续几个飞秒（fs，lfs=10^-15s），因此不能用于研究更快的过程．最近一项很有希望的进展是将脉冲压缩到了200as（as为阿秒，1as=10^-18s）．     

KrF激光脉冲整形研究

 实验研究了脉冲堆积法对KrF激光的整形能力。利用受激布里渊散射(SBS)压缩脉冲获得了脉宽为3~5 ns的短脉冲，用4束激光堆积获得了脉宽为10~15 ns、平顶宽度为5~10 ns的整形脉冲。利用实测SBS脉冲数据，对脉冲堆积法进行了数值模拟，模拟的脉冲宽度为12.7 ns，平顶宽度为7.7 ns，该结果与实验相符。对脉冲堆积法的任意整形能力进行了模拟，讨论了脉冲宽度变化对整形的影响，发现脉宽变化在5%以内时，对整形脉冲的影响较小。对整形脉冲的放大进行了定性研究，结果表明：平顶脉冲通过放大器后，前沿部分放大较多，由于饱和作用，后沿放大较少；如果前端整形脉冲前沿为斜坡状，放大后可以得到近平顶的脉冲。     

激光脉冲时域整形及其对发射度的改善效果

 利用脉冲堆积法对驱动激光脉冲进行了时域整形,并利用条纹相机测量到了理想的整形结果。在脉冲堆积法的基础上,给出了近似椭球体整形的方案。模拟结果表明：利用脉冲堆积法整形后得到激光脉冲驱动光阴极可以获得更小的发射度;对于测量到的半高全宽（FWHM）为3.82 ps的脉冲,8个子脉冲堆积比4个子脉冲堆积更为有利;此外,对激光脉冲作近似椭球体整形可以进一步降低束流发射度。     

脉冲堆积激光三倍频过程的逆问题

针对三倍频过程的逆问题,即如何在给定三倍频脉冲形状及三倍频系统参数的前提下,通过逆算得到输入基频光脉冲形状,并采用脉冲堆积法来获得所需的基频光脉冲,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,建立了三倍频光强与输入基频光强之间的定量火系.以预期输出二三倍频光脉冲为具有特定形状的整形脉冲为例,通过逆算得到了相心的输入基频光脉冲波形.在此基础上,计算获得了脉冲堆积器的衰减系数、延时等控制参数.进而通过对基频光时间波形的整形,实现了所要求的三倍频激光脉冲输出.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,可为三倍频过程激光脉冲整形设汁提供参考.     

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     

内含光栏的光栅对展宽器式脉冲整形器的输出光束特性

在忽略空间衍射效应的情况下,研究了内含狭缝光栏的光栅对展宽器式脉冲整形器的输出光束的时间特性；通过与光束的空间传输特性类比解析了光栏宽度变化引起的脉宽变化以及脉冲轮廓出现时间衍射调制现象；讨论了空间衍射效应可忽略的条件；提出用光栏软边可消除这种调制。     

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。     

Femtosecond pulse shaping with space-to-time conversion based on planar optics

We propose a novel structure of planar optical configuration for implementation of the space-to-time conversion for femtosecond pulse shaping. The previous apparatuses of femtosecond pulse shaping are 4f Fourier-transforming type system that is usually large, expensive, difficult to align. The planar integration of free-space optical systems on solid substrates is an optical module with the attractive advantages of compact, reliable and robust. This apparatus is analyzed in details and the design of the particular lens for femtosecond pulse shaping based on planar optics is presented.     

基于小波分析的高斯脉冲成形的递归实现

基于小波分析的指数衰减信号高斯脉冲成形滤波器,可以进一步表示为高斯函数及其导数的线性组合.以高斯函数及其导数的递归近似实现算法为基础,研究了基于小波分析的指数衰减信号高斯脉冲成形的递归近似实现算法.仿真指数衰减信号和实际采样指数衰减信号的高斯脉冲成形表明,递归近似高斯脉冲成形与直接卷积高斯脉冲成形符合得非常好,体现了基于小波分析的高斯脉冲成形的特点.研究成果为进一步研究高斯脉冲成形在数字芯片上的实现提供了必要的数字算法基础. 关键词： 高斯脉冲成形 递归实现 小波分析     

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.     

4f结构脉冲整形器失调对光场空间分布的影响

利用零色散脉冲整形装置的模型，从理论上详细讨论了4f结构脉冲整形装置中第一光栅和第一凸透镜之间距离失调、两凸透镜之间距离失调以及第二凸透镜与第二光栅之间距离失调对输出脉冲空间特性的影响。     

高功率激光整形脉冲波形控制技术

 针对神光-Ⅲ原型装置物理实验要求的三台阶整形脉冲（三个台阶的脉冲宽度比为1.5∶1.0∶0.5,强度比为1∶4∶16,脉冲总能量为500 J）,并根据该装置的系统构成和具备任意脉冲整形技术,开展了高功率激光整形脉冲波形控制技术研究,通过对基频光段的增益饱和效应和三倍频光的频率转换过程的分析,获得了脉冲时间波形在传输、放大及频率转换过程中的一些变化特点,在此基础上建立了一套简单的预测模型。经过反复迭代计算和多次全系统联机实验获得了实验结果,并在物理实验中得到了应用,初步形成了高功率激光整形脉冲波形的控制方法。     

光学频率梳空间光谱分辨精度研究

光学频率梳的高精度光谱整形在微波光子学、光谱学及通信光学等学科领域具有广泛应用. 为了描述和评价光学频率梳光谱整形系统的光谱分辨精度, 使用光线追迹的方法对单光栅、平行光栅对、单光栅透镜变换和反平行光栅 对透镜变换四种结构的空间色散能力进行了理论建模和分析, 得到了输出面上不同波长的光斑间距和光斑大小, 设立判据得到系统的光谱空间分离能力. 计算结果表明, 使用后面两种色散结构更容易实现高精度光谱分离和整形; 波长较长、纵模间距较大、光斑尺寸较大的光学频率梳更适合作为光谱整形系统的光源; 光栅刻线密度高、入射角小、多次通过色散系统有利于得到更高的光谱分辨精度. 本文的分析和计算过程具有普遍适用性, 对基于光学频率梳的高精度光谱整形系统的实验和评价具有指导意义.