利用光孤子机制实现超宽范围波长调谐的理论和实验研究

以获得光参量啁啾脉冲放大系统主激光与抽运光两种波长、宽带、超短脉冲的产生及精密同步为目标,探索采用光孤子机制实现超宽带宽范围的可调谐超短脉冲产生. 数值模拟了孤子传输过程中的时域-频域演化过程及与其他非线性效应的相互作用过程和特性. 实验验证了利用光孤子机制产生可调谐脉冲的方法. 同时还观察到孤子的形成、分裂、自频移等现象,在可见光到近红外波段都演示了波长可调谐的输出特性,并且与理论分析结果符合较好. 关键词： 光参量啁啾脉冲放大 可调谐脉冲产生 非线性薛定谔方程 孤子机制     

高功率超短脉冲激光系统中光谱增益窄化补偿的调制函数

 设计了一种与高功率超短脉冲激光放大过程中获得的总增益、增益介质的带宽、激光带宽、脉冲中心波长等参数相关的调制函数，对激光放大过程中的光谱增益窄化进行补偿。此调制函数的优越性在于，对不同性能的激光系统，无需改变调制函数的形式就能适用。通过数值模拟的方法，讨论了在不同增益介质带宽、激光带宽、脉冲中心波长下的补偿效果。此调制函数在高功率超短脉冲激光系统中有良好的应用前景。     

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。     

大口径掺钛蓝宝石晶体放大的实验研究

 分析了口径为80 mm的钛宝石晶体内的增益特性，对大口径钛宝石晶体中的泵浦光能量密度和泵浦光口径进行了优化设计。对于80 mm×17 mm的晶体，最佳工作光束口径为55 mm，泵浦能量为50 J；对于80 mm×30 mm的晶体，最佳工作光束口径为60 mm，泵浦能量为90 J，且其横向小信号增益远小于80 mm×17 mm晶体的。对影响大口径钛宝石晶体放大的横向放大自发辐射（ASE）和寄生振荡采用折射率匹配的包边技术进行了抑制。实验表明，该方法把允许横向增益从13提高到了2 100。实验系统为100 J绿光台面泵浦激光器，100 TW主放大器采用四程空间构型放大光路。80 mm×17 mm钛宝石晶体c轴水平放置，泵浦光和主激光均为水平偏振。当以泵浦光能量为49 J对主放大器进行双端泵浦，注入信号光能量为1.2 J，光束口径60 mm时，获得了14.2 J的放大光输出和286 TW的最高峰值功率。     

Radiography of a K_α X-ray source generated through ultrahigh picosecond laser–nanostructure target interaction

Laser-driven ultrafast X-ray sources are widely used for diagnostic radiography. However, there is a large divergence of fast electrons when they are generated by an intense short-pulse laser interacting with a foil target.We design a nanowire array target to achieve a more compact point X-ray source. Fast electrons are confined and guided by the nanowire array structure in order to generate a Kαsource with a small spot size. In our work, the smallest measured source size is comparable to the laser spot size, while the conversion efficiency can reach2.4 × 10-4.     

啁啾堆积脉冲传输过程中的小尺度自聚焦效应

 研究了啁啾堆积脉冲的时间精细结构与子脉冲带宽、相位、啁啾量等因素的关系。结果表明:随着子脉冲带宽的微小变化,啁啾堆积脉冲的峰值功率为相同输出能力窄带脉冲功率的1.5~3.0倍;当子脉冲间存在着随机相位扰动时,啁啾堆积的峰值功率约为相同输出能力窄带脉冲功率的3倍。建立了啁啾堆积脉冲的时空非线性传输放大模型,模拟得到堆积脉冲传输过程中的非线性增长因子,并与相同能量的窄带脉冲进行了比较,揭示了啁啾堆积脉冲在高功率激光装置中的传输放大过程中出现的一些新现象以及可能导致的后果。     

超连续谱注入飞秒光参量放大实验研究

 提出了一种很有特色的基于超连续谱注入的飞秒光参量放大技术，该种技术方法不仅克服了常规1 053 nm脉冲在前端小能量放大时的增益窄化现象，而且可实现800 nm激光和1 053 nm激光的零时间同步。通过系统的实验研究，获得了大于4 mJ的1 053 nm宽带信号光能量     

20TW超短脉冲激光装置的研制

 介绍了基于啁啾脉冲放大技术的20TW全钛宝石超短脉冲激光装置的研制。该装置的主放大器采用全像传递的空间四程放大构型，可以保持良好的近场分布和提高能量转换效率。主放大器的钛宝石晶体为30mm×15mm，6台调Q倍频的YAG激光器泵浦。压缩后脉宽50fs，能量1J，峰值功率可达20TW，聚焦功率大于3×10¹⁸W/cm²。     

超短超强激光与固体靶相互作用中超热电子的角分布

 用3TW超短超强激光器进行了激光与固体靶相互作用实验。采用电子角分布仪和LiF热释光探测器探测了超热电子的角分布。测量结果显示：能量较高的电子发射的定向性好于能量较低的电子；能量较低的电子呈溅射状发射；能量较高的电子发射出现两个尖锐的发射峰，其中，激光反射方向的超热电子发射峰则由反射激光、有质动力径向分量、侧向拉曼散射等加速机制共同作用的结果，靠近靶法线方向的超热电子发射峰是由其振吸收机制产生，且理论预言与实验结果相吻合。     

皮秒激光驱动的X射线源编码高分辨照相技术

为实现惯性约束聚变（ICF）内爆燃烧停滞阶段过程中最大压缩时刻的冷燃料面密度分布测量,设计了包含字母客体与针孔阵列的照相客体,通过同一发相同视角测量源分布与客体照相技术,首次建立了皮秒激光驱动的高能X射线源编码照相技术。通过星光III实验研究,基于W丝阵靶照相的反演图像空间分辨率5.4 μm±0.7 μm;激光到X射线（50～200 keV）的能量转换效率,W丝阵靶5.4×10?4,与传统Au单丝靶的转换效率（4.8×10?4）一致。基于源编码照相解决了传统皮秒激光背光照相中空间分辨率与光源亮度不能兼顾的困难,为强背景干扰下提供高信噪比、高分辨率的ICF靶丸压缩背光图像提供了重要照相方式。