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。     

基于周期极化LiTaO3晶体的高增益简并啁啾脉冲参量放大

根据准相位匹配理论计算了周期极化LiTaO₃(PPLT)晶体中0类准相位匹配过程(e+e→e)的增益曲线.在此基础上，使用数百μJ的低抽运能量获得了～10⁶的增益和～10.3%的转换效率，实现了中心波长位于1064nm的基于简并光学啁啾脉冲参量放大(OPCPA)技术的高增益放大，为产生超短超强激光脉冲提供了新的技术手段.实验结果与理论预期基本符合.     

Demonstration of highly efficient broadband amplification in a optical parametric chirped-pulse amplifier system

We have demonstrated highly efficient broadband amplification by an optical parametric chirped pulse amplifier (OPCPA) system that uses high energy seed pulses. The OPCPA consists of three type I B-barium borate (BBO) crystals pumped by a Q-switched Nd:YAG laser. We successfully amplified the microjoule level seed pulses to 78 mJ with a pump-to-signal optical conversion efficiency of 26% at a 10 Hz repetition rate. To our knowledge these results represent the most optically efficient OPCPA to date pumped by a typical Q-switched laser.     

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。     

光参量啁啾脉冲放大中时间同步抖动对增益稳定性的影响

 在考虑了光参量啁啾脉冲放大中的脉冲波形、相位失配和时间同步抖动情况下，给出了计算光参量啁啾脉冲放大增益特性更为完善的三波耦合理论模型。并在1 ns的时间同步抖动情况下，对比分析了光参量放大在小信号放大及饱和放大时的增益稳定性。光参量放大的时间同步抖动对增益影响非常大,使放大信号光脉冲的增益光谱发生了明显的偏移，波形不对称和整个增益降低；并且信号光光谱越宽，光参量放大间的时间同步抖动对其增益影响越严重；但随着参量放大增益饱和的出现和加深，信号光和抽运光之间的同步时间抖动对放大信号光的输出强度影响减弱，即在饱和放大处可以获得更稳定的放大信号光输出。     

周期极化LiNbO3脉冲走离效应分析

 建立了包含高阶群速色散的OPCPA 数值模拟程序，并以准相位匹配的周期极化的LiNbO₃(PPLN)参量放大器为例，在信号光是中心波长1 053 nm，脉宽100 fs的飞秒脉冲经展宽器展宽800 ps的啁啾脉冲，输入能量约0.6 nJ，泵浦光波长527 nm，脉宽3 ns，初始输入泵浦光强300 MW/cmLiNbO²，PPLN晶体的非共线角1.49°，极化周期9.7 μm的条件下， 对OPCPA过程前级的高阶群速色散引起的走离效应对泵浦光、信号光频谱和脉冲形状的影响等具体特性进行了数值模拟。结果表明：在合适的晶体长度下，高阶群速色散对参量转换效率的影响不大，但它对输出信号光的时间波形和频谱有较大影响，会引起脉冲时间形状畸变和频谱漂移。     

高功率超短脉冲激光与新奇物理现象

 CPA（Chirped Pulse Amplification）技术,掺钛蓝宝石晶体材料与高功率固体激光器相结合,产生了新一代激光器,把已有高功率固体激光器的脉冲宽度缩短了3~4个数量级,输出功率提高了2~3个数量级,超过1PW,聚焦功率密度高达10²¹ W/cm²。激光技术这一划时代的进展打开了一个新奇的物理学世界,科学家们观察到了许多意想不到的新现象,也在探索和思考其令人鼓舞的应用前景。     

A hybrid OPCPA/Nd:phosphate glass multi-terawatt laser system for seeding of a petawatt laser

To enhance radiographic abilities on its Z-Accelerator, Sandia National Laboratories is incorporating a petawatt laser system into the existing Z-Backlighter laser facility. As part of this work, a short-pulse laser has been constructed to seed the larger Beamlet type Nd:phosphate glass slab amplifiers. This seed laser consists of an optical parametric chirped pulse amplification (OPCPA) system joined to a Nd:phosphate glass rod amplifier system in order to achieve multi-Joule sub-picosecond operation. The rod amplifier system has been modeled using the Miró code which shows good agreement with the experimental results. This system can achieve focal intensities up to 10¹⁸ W/cm² at a repetition rate of once every 20 min and has been applied to produce k-alpha X-rays in copper.     

Ⅰ类高氘DKDP晶片性能研究

受到晶体尺寸以及非线性光学性能的影响,目前可供选择的非线性晶体非常有限。DKDP晶体作为传统大尺寸光电材料,在光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)装置中得到了应用。高氘化的DKDP晶体有更好的光学性能,然而生长出高氘化DKDP晶体对生长环境等有更加严格的要求。本文通过改良的原料合成罐以及生长槽,采用点籽晶快速生长法成功生长出高氘DKDP晶体。按照Ⅰ类(θ=37.23°, φ=45°)切割方式制备样品,并对其氘含量、透过率、光学均匀性以及晶体激光损伤阈值进行测试。实验结果表明,晶体的平均氘含量达到98.49%,在可见-近红外波段下具有较宽的透过波段和较高的透过性能。R-on-1的测试结果显示,在3 ns、527 nm条件下,DKDP晶体的激光损伤阈值达到了19.92 J/cm²。晶体光学均匀性均方根达到了1.833×10^-9,表明晶体具有良好的光学均匀性。     

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。