基于“神光-Ⅱ”装置的飞秒拍瓦级光学参量啁啾脉冲放大的特性分析与系统设计

用计算机仿真分析了光学参量啁啾脉冲放大（OPCPA）的特性及其影响因素（如相位失配、高阶非线性效应等）-就脉冲放大机理、时间同步、光谱漂移、增益窄化等相似问题与现有的啁啾脉冲放大技术做了比较与讨论-基于“神光-Ⅱ”装置，设计了飞秒拍瓦级OPCPA系统，以期望实现快点火- 关键词： 超短超强激光 啁啾脉冲放大 光学参量啁啾脉冲放大 数值模拟     

光学参量啁啾脉冲放大中时间抖动对飞秒脉冲对比度的影响

 基于宽带脉冲的计算模型,采用4阶龙格-库塔法研究了光学参量放大所满足的三光波耦合方程。数值结果表明:时间不同步导致大量本底能量不能被压缩,使本底形成,导致飞秒脉冲展宽,如抖动从0变化到150 ps,则其预脉冲宽度由0.2 ps展宽到0.7 ps,降低了输出飞秒激光对比度,并导致输出能量稳定性降低。采用长而平滑泵浦光脉冲、选择适当长度的非线性晶体、并使系统工作于增益饱和区,能实现高对比度和高稳定的飞秒激光输出。     

光学参量啁啾脉冲放大中时间抖动对飞秒脉冲对比度的影响

基于宽带脉冲的计算模型,采用4阶龙格-库塔法研究了光学参量放大所满足的三光波耦合方程。数值结果表明:时间不同步导致大量本底能量不能被压缩,使本底形成,导致飞秒脉冲展宽,如抖动从0变化到150 ps,则其预脉冲宽度由0.2 ps展宽到0.7 ps,降低了输出飞秒激光对比度,并导致输出能量稳定性降低。采用长而平滑泵浦光脉冲、选择适当长度的非线性晶体、并使系统工作于增益饱和区,能实现高对比度和高稳定的飞秒激光输出。     

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     

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。     

用于宽带啁啾脉冲光参量放大系统精确同步的新方法

基于非共线光参量放大,以波长800 nm飞秒激光的倍频光为抽运光,以激光二极管640 nm连续波激光为信号光,产生了与800 nm飞秒激光精确同步的无直流本底的1064 nm脉冲光。实验结果显示该1064 nm的光脉冲在脉冲能量和空间光束质量上均可作为1064 nm波长脉冲放大器的种子光。仅通过一级简单紧凑的非共线参量放大就可实现光周期量级的光参量啁啾脉冲放大系统的抽运激光和种子光的精确同步。     

参量自注入放大产生皮秒中红外脉冲

首次采用参量自注入放大方法产生了皮秒中红外超短脉冲．该方法的优点是仅使用１块红外非线性晶体，实验装置简单，成本低．入射光源是锁模皮秒Ｎｄ：ＹＡＧ激光器，用来泵浦ＡｇＧａＳ２单晶，经过参量过程辐射３—１０μｍ的皮秒脉冲激光．最大红外脉冲激光输出能量为１４μＪ．     

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     

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。     

光参量啁啾脉冲放大过程中脉冲特性理论研究

 通过数值求解非线性三波耦合方程组,并利用色散致啁啾引起的瞬时频率与时间的关系,模拟了啁啾脉冲在光参量放大过程中的脉冲波形和频谱形状的变化关系,以及通过压缩器的脉冲形状。模拟结果表明：啁啾脉冲在光参量放大过程中的时域宽度和频谱有很小程度的加宽,但基本上不影响放大后脉冲的压缩及信噪比。     

BBO-I非共线光学参变啁啾脉冲放大增益带宽的实验研究

以纳秒级调Q倍频的Nd:YAG激光器为抽运源,以自锁模钛宝石激光器输出并经光栅展宽的800nm啁啾脉冲为信号光,实验研究了其宽带BBO－I非共线相位匹配光学啁啾脉冲放大（OPCPA）的增益谱,研究结果表明,非共线夹角的变化对BBO－I非共线相位匹配光学参变啁啾脉冲放大的增益谱有很大的影响。     

Design Method for Ultrabroadband Optical Parametric Chirped Pulse Amplification

Multiple amplification stages with different phase-matching angles were designed to yield stable and ultrabroadband amplification in optical parametric chirped pulse amplification by optimally controlling the idler laser pulses. Numerical results showed that the overall temporal duration of the amplified seed laser pulse and subsequently the spectral bandwidth can be amplified by using multiple amplification stages in comparison with those of the initial seed pulse laser, which is suitable to generate a high-energy pulse with ultrashort pulse duration in a simple manner.     

光学参变啁啾脉冲放大相位失配啁啾脉冲频谱整形新方法

相位匹配是实现高效光学参变啁啾脉冲放大(OPCPA)能量转换的关键之一,通过对几种常用非线性晶体的光学参变啁啾脉冲放大过程进行数值模拟研究,结果表明一定程度的相位失配不但能增加光学参变啁啾脉冲放大增益带宽,而且会使啁啾脉冲光谱强度分布中间凹陷。提出利用光学参变啁啾脉冲放大相位失配放大作为啁啾脉冲频谱整形的新方法,通过理论分析和模拟计算,找到了光学参变啁啾脉冲放大相位失配啁啾脉冲频谱整形效果的控制量;并对几种常用非线性晶体在简并、近简并、非简并等条件下的光学参变啁啾脉冲放大相位失配放大特性进行了比较。     

堆积脉冲光参量啁啾脉冲放大器

以自启动被动锁模掺镱光纤堆积脉冲激光器为种子源,采用非共线相位匹配的方法,进行了光参量啁啾脉冲放大器的实验研究,得到了两级放大总增益为1.1×107,单脉冲能量为11mJ,能量稳定性小于2%rms,8nm的放大谱宽.实验结果表明,采用这种结构的光参量啁啾脉冲放大器,放大增益高,系统稳定、结构紧凑、便于调节,同时通过调节种子源中的堆积器,可以得到不同宽度的放大信号脉冲.     

堆积脉冲光参量啁啾脉冲放大器

以自启动被动锁模掺镱光纤堆积脉冲激光器为种子源,采用非共线相位匹配的方法,进行了光参量啁啾脉冲放大器的实验研究,得到了两级放大总增益为1.1×107,单脉冲能量为11 mJ,能量稳定性小于2％ rms,8 nm的放大谱宽.实验结果表明,采用这种结构的光参量啁啾脉冲放大器,放大增益高,系统稳定、结构紧凑、便于调节,同时通过调节种子源中的堆积器,可以得到不同宽度的放大信号脉冲.     

啁啾脉冲放大中的脉宽限制

给出脉冲展宽／压缩比与线性啁啾量之间的关系式，然后通过对放大过程中脉冲宽度和啁啾量变化情况的分析，得到了啁啾脉冲放大后最窄脉冲宽度的解析表达式，与实际报道的实验的比较表明该理论是简明而极其有效的。     

基于Ti∶sapphire振荡源的光参量啁啾脉冲放大器

以钛宝石飞秒振荡源作为种子源,在二级放大器中,采用种子光被同一束抽运光在有效非线性系数最大的平面内放大两次的双通光参量放大结构,实现高增益光参量啁啾脉冲放大.实验得到了3×107的总增益,信号光输出能量为3 mJ,能量晃动小于3%rms,此时参量荧光仅占输出总能量的1%.实验结果表明,采用这种放大系统,提高了信号光与抽运光在时域上的匹配,有效地抑制了参量放大过程中参量荧光的产生,同时提高了系统的稳定性.     

啁啾脉冲放大系统中光栅展宽器的性能与实验研究

论述了啁啾脉冲放大技术中运用单光栅展宽器结构将少光脉冲在时域进行啁啾展宽的原理及特性，导出了该展宽器所提供色散量的具体表达式及其展宽后激光脉冲宽度的计算，然后通过数值计算分析了其展宽因子及展宽比随各参量的之间的变化关系；本文在此基础上进一步获得了实验的测量结果。     

增益饱和在啁啾脉冲放大中的影响

研究了增益饱和在啁啾脉冲放大中的影响，发现由于增益饱和在存在，压缩后脉冲的信噪比会下降，而且展宽器附加的色散也会降低输出的信噪比，这种降低对应着一定的光谱畸变。通过对展宽／压缩器作用的分析，提示了啁啾脉冲放大中光谱与光强的内在联系，提出利用非共振放大来修正光谱畸变提高放大压缩后的信噪比。