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。     

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。     

高效三通光参量啁啾脉冲放大器

为了提高信号光与抽运光在时域上的匹配,提高放大系统的增益,提出了三通光参量啁啾脉冲放大的方法。实验中,信号光在一块晶体内被一抽运光在完全相位匹配的条件下放大了三次,总放大增益为3.7×107,能量晃动小于3%rms,放大后的信号光谱宽为30nm,压缩后的信号光脉宽为82fs。实验结果表明:采用三通光参量啁啾脉冲放大方法,有效地抑制了放大过程中参量荧光对放大过程的影响,在抽运光强为350MW/cm2时,参量荧光仅占输出总能量的1%。     

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.     

发散光束抽运的宽带光参量啁啾脉冲放大系统的理论研究

对发散光束抽运的光参量啁啾脉冲放大器的增益带宽进行了系统的理论研究.采用空间傅里叶变换和四阶Runge-Kutta算法，分别模拟了非衍射极限情况下的高斯光束和空间频谱为矩形的发散光束作为抽运光时的增益曲线.结果表明：不管是在可见光或是在近红外光谱区，用发散光束均可以明显地改善光参量啁啾脉冲放大系统的增益带宽.选取合适的发散角和抽运光强，可以获得高增益、宽谱带的信号光输出. 关键词： 光参量啁啾脉冲放大 增益带宽 发散角 高斯光束     

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     

饱和放大情形下光纤参量放大器的增益和带宽特性研究

利用龙格库塔法数值求解非线性耦合方程,研究了单抽运光纤参量放大器在增益饱和区的增益谱特性.通过比较考虑抽运光损耗与忽略抽运光损耗增益谱的差别,分析了抽运光损耗对增益谱的影响.此外,给出了在饱和放大区,信号光的增益谱与光纤长度、输入信号光功率、抽运光波长与零色散波长偏离之间的关系.发现在饱和放大区,增益的整体水平有所下降,增益谱的可用带宽相对于小信号放大有所减少,增益谱在可用带宽范围内出现了旁瓣.这些结果将对工作在饱和放大区的单抽运光参量放大器的设计提供有益的帮助.     

啁啾脉冲参量放大特性的数值模拟研究

 根据啁啾脉冲激光参量放大技术,数值模拟了光参量放大在啁啾脉冲放大中的应用。研究啁啾脉冲参量放大增益及时间特性,特别是在大信号注入与小信号注入两种有代表意义的情况下,详细地分析了群速度失配、相位失配对放大过程的影响。研究了泵浦光脉冲与信号光脉冲的时间同步要求,讨论了放大系统的稳定性。     

啁啾脉冲参量放大特性的数值模拟研究

根据啁啾脉冲激光参量放大技术,数值模拟了光参量放大在啁啾脉冲放大中的应用。研究啁啾脉冲参量放大增益及时间特性,特别是在大信号注入与小信号注入两种有代表意义的情况下,详细地分析了群速度失配、相位失配对放大过程的影响。研究了泵浦光脉冲与信号光脉冲的时间同步要求,讨论了放大系统的稳定性。     

BBOⅠ类相位匹配非共线参量产生中的群速自匹配

利用重复频率为1kHz的钛宝石激光的倍频蓝光抽运Ⅰ类相位匹配的偏硼酸钡(BBO)晶体，获得了可见光区的非共线参量超荧光.给出了最强光强处参量超荧光的非共线角，波长随相位匹配角的变化.理论计算了在参量超荧光中三波的群速失配随非共线角和相位匹配角的变化规律.结果表明，Ⅰ类非共线相位匹配的参量超荧光关于抽运光中心对称.并且沿光强最强的参量超荧光方向三波的群速失配最小，有效互作用长度最大，即参量超荧光的强度角分布是三波的相速和群速自匹配的结果.该理论和实验研究为减小飞秒光参量放大中三波的群速失配提供了一个理想的几何模型，为获得高增益、窄脉冲宽度的参量光输出提供了理论依据和实验验证. 关键词： 群速自匹配 参量超荧光 非共线相位匹配 飞秒光参量放大     

光纤参变放大器光纤长度的优化设计

随着高输出功率掺铒光纤放大器和高非线性光纤的出现和使用,光纤参变放大器(OPAs)中出现了越来越多的增益饱和现象,这是光放大器中应该尽量避免的。对此,提出了依据光纤参变放大器的光纤非线性系数、抽运光功率、信号输入功率等参量对光纤长度进行优化设计的解决思路。明确提出最佳光纤长度的概念,即在其他参量一定的情况下使信号增益或信号输出功率达到最大所需的最小光纤长度,而且最佳光纤长度有利于提高光纤参变放大的增益带宽和波长转换带宽。通过数值积分求解描述光纤参变放大过程的非线性耦合方程,并运用控制变量法深入研究了最佳光纤长度与光纤非线性系数、抽运光功率、信号输入功率的关系。最后用最小二乘法进行数据拟合确定系数,得到简洁、实用的最佳光纤长度解析表达式。与已有实验结果比较表明,该解析式可很好地用来计算和优化光纤参变放大的光纤长度。     

Numerical study on pulse contrast enhancement in a short-pulse-pumped optical parametric amplifier

We investigate pulse cleaning behaviors in short-pulse-pumped optical parametric amplifiers (OPA). We theoretically study the contrast enhancement of amplified signal pulse and generated idler pulse, and reveal their dependence on the parametric gain in both the regimes of small signal and saturated amplifications. The signal contrast enhancement is nearly equal to the parametric gain, while the idler contrast is approximately equal to the product of the contrasts of the pump and signal pulses in a low gain OPA and increases with the gain. The effects of group-velocity mismatch and group-velocity dispersion on the contrast enhancement are also investigated. The results presented in this paper are of value for pulse cleaning.     

Non-collinear optical parametric chirped-pulse amplifier for few-cycle pulses

Modified parametric coupled equations for three-wave interaction in non-collinear optical parametric chirped-pulse amplification (OPCPA) are presented, in which the effects from the non-collinear configuration have been taken into account. By utilizing this new model, a two-stage OPCPA system based on a BBO crystal is numerically calculated with a split-step Fourier transform algorithm. Tracing the dynamics of the signal wave in the crystal reveals that in the first stage spectral gain narrowing occurs due to the weak input signal intensity and the non-uniform temporal distribution of the pump light. However, in the saturation regime the spectrum of the signal will be broadened as a consequence of back conversion. The simulation shows that it is crucial to correctly control the experimental parameters to balance both processes. For maximizing the energy-bandwidth product (EBP), an optimized configuration is sought by examining several parameters such as pump intensity, seed energy and crystal length. With a pump intensity of 7.75 GW/cm² and a crystal length between 3.75 and 4.25 mm pulses with a sub-10 fs duration can be amplified with a total gain of up to 1.7×10⁶.     

稳定高质量光参量啁啾脉冲放大系统优化设计

要实现光参量啁啾脉冲放大（OPCPA）系统稳定、高质量输出,需要同时对光参量放大和泵浦光倍频这两个非线性过程进行优化设计。在光参量放大系统优化设计中,建立了描述光参量放大过程的多种简化物理模型;通过模拟泵浦光和信号光口径匹配关系,分析了放大信号光空间两维对称性并提出了优化方法;建立了非线性晶体最佳长度确定及调谐方法,以实现信号光输出高稳定性。在泵浦光倍频系统优化设计过程中,提出应用位相失配法实现稳定倍频输出,研究表明这种方法不仅能实现倍频光能量起伏抖动远远小于基频光能量的起伏抖动,而且能减小泵浦光近场调制度和时间波形调制,极大地改善输出倍频光光束质量,进而提高OPCPA系统输出信号光质量。     

Highly efficient optical parametric chirped-pulse amplification based on BiB3O6 and β-BaB2O4 crystals at low pump intensity

We report a very high signal gain of 1.13 × 10⁷ at a low pump intensity of 260 MW/cm² in a two-stage optical parametric chirped-pulse amplifier (OPCPA), which is used as a pre-amplifier for a short-pulse front-end Nd: glass high-energy laser system. A signal energy of 0.17 nJ was amplified to 2 mJ with a central wavelength of 1053 nm and a repetition rate of 10 Hz using the OPCPA with a 15 mm-long BBO crystal at optical parametric amplifier (OPA) stage 1 and a 12 mm-long BiBO crystal at OPA stage 2.     

光参量啁啾脉冲放大增益特性研究

 通过对非线性三波耦合方程组进行数值求解，研究了光参量放大的增益特性及饱和放大特性。给出了泵浦光、信号光参数对参量增益的影响及其与晶体饱和长度的关系。且OPA具有传统CPA系统所不具有的优点，将有可能取代传统的CPA系统而作为超短超强激光系统的新型前端。     

简并四波混频信号的饱和效应

本文由光学Bloch方程和密度矩阵方程出发,研究了二能级系统共振型简并四波混频(DFWM)的饱和效应,给出了DFWM信号强度与泵浦光强度的函数关系.饱和泵浦光强的大小取决于纵向弛豫时间T1和横向弛豫时T2.对理论结果与相应实验进行了比较,表明二者符合得很好.     

Performance analysis of dual-pump optical parametric amplifiers in silicon waveguide

Nondegenerate Four Wave Mixing (FWM) process in a silicon waveguide is influenced by two photon absorption (TPA), TPA induced free carrier absorption (FCA) besides self-phase modulation (SPM), cross-phase modulation (XPM), SRS, GVD and linear scattering losses. Influences of pump parameters of the dual-pump parametric amplifier (OPA) in the silicon waveguide on gain spectrum and noise figure are numerically investigated. Compared with single-pump configuration, dual-pump silicon OPA indicates a flat gain and noise figure. Then impact of waveguide dispersion on bandwidth and ripples for dual-pump silicon optical parametric amplifiers is discussed. Optimal pump configurations are evaluated. The results show that polarization independent net gain of silicon OPA can be achieved by using circular and orthogonally polarized pump.