大口径超短脉冲聚焦系统波前误差对时间信噪比的影响

理解大口径光学系统离轴抛物面镜聚焦后超短脉冲时间信噪比(SNR)在焦斑处空间分布的特性有助于更准确地认识超快激光物理实验中的脉冲时空特性。利用空间上菲涅耳近似下的分两步聚焦的坐标变换快速傅里叶变换(FFT)算法,结合时间域的傅里叶积分变换方法,引入了光学系统波前误差,对聚焦过程进行时空仿真。解释了大口径光学系统波前误差造成时间信噪比退化的原因,计算分析随机波前误差参数(误差大小、空间尺度)对聚焦时间信噪比的影响,并针对不同频段的光学系统波前误差控制提出要求。明确大口径光学系统中随机波前误差与时间信噪比之间的关系,为大口径超短脉冲系统的设计指标分配与波前误差控制提供了理论基础。     

条纹相机测量中的光束取样

高功率脉冲激光时间波形是激光器以及激光与等离子体相互作用的一个重要参数。当前最好的测量方法是用条纹相机,它可以直接测量超短光脉冲形状的精细结构,时间分辨高达1微微秒。随着大型固体铵玻璃激光器的发展,其未级输出光束口径往往在φ200毫米以上。由于条纹管阴极面积所限,在测量中需将待测大口径激光束缩孔成φ20毫米的     

高功率激光脉冲光纤取样的实验研究

光纤取样可以降低高功率激光脉冲时间波形测量成本，并提高测量系统抗干扰能力。光纤耦合效率、信号保真度、信号获取率是采用光纤取样测量高功率激光脉冲时间波形的难点。针对大型高功率激光脉冲宽度窄、光束口径大以及输出光束远场漂移量大等特点，设计了一套激光脉冲光纤取样系统，在全口径取样和不降低信号保真度的条件下有效解决了测量系统信号获取率低下的问题，充分保证了测量系统的可靠性。     

高功率脉冲在大模场掺Yb3+光纤中的自相似传输放大特性

分析了高功率脉冲在增益光纤中传输放大时非线性薛定谔方程的自相似解,得出注入光的脉宽和能量满足一定关系时,优化增益光纤的长度,才能满足种子光脉冲在增益光纤中的自相似传输放大.揭示了高功率种子光脉冲在光纤中自相似演化的特征参量.此外,模拟了注入能量为400 pJ,脉宽为200 fs,波形分别为正割、高斯以及3阶超高斯的种子光脉冲在纤芯为30μm的大模场增益光纤中的传输放大特性.结果表明3种波形的种子光脉冲的时间波形与光谱均演化为抛物形,时间波形与光谱均发生展宽,但光谱两侧均发生抖动.自相似传输放大后,脉冲为线性啁啾,易于压缩,对实现全光纤高功率超短脉冲产生系统具有重要意义.     

高功率超短脉冲激光系统中用AOPDF实现增益窄化补偿的实验研究

超短脉冲激光系统中，足够宽的带宽是获得超短脉冲的先决条件.高增益放大器，特别是再 生放大器的增益窄化效应严重制约着输出激光脉冲的时间特性.将可编程声光色散滤波器(AO PDF)应用到高功率激光系统中，能有效地克服增益窄化效应.实验表明，再生放大器的光谱 宽度由未应用前的27?nm增加到了44?nm，压缩脉冲的宽度减小了一半，从而也使峰值功率 提高了一倍. 关键词： 超短脉冲 增益窄化 光谱整形 可编程声光色散滤波器     

条纹相机测量中的光束取样

从实验上探讨了用条纹相机测量大口径高功率固体激光束的脉冲波形时,取样光斑的大小对波形的精细结构与脉宽的影响。     

高功率超短脉冲系统等离子体镜的焦斑退化分析

等离子体镜是一种有效提升高功率超短脉冲激光信噪比的方法,但在一部分实验中使用等离子体镜后焦斑出现了退化现象。为了定量研究等离子体镜的焦斑退化问题,提出基于等离子体膨胀和衍射传输的时空聚焦多步传输算法,通过光束质量评价函数定量分析等离子体膨胀时间、波前误差幅值和空间频率对焦斑退化的影响。仿真结果表明,等离子体镜引起的远场焦斑退化主要是由等离子体膨胀时间和波前误差引起的等离子体膨胀不均匀所致,其中,等离子体膨胀时间是主导因素。并且波前误差的幅度越大、空间频率越低,对聚焦能力的影响相对越大。从高信噪比、高功率激光系统输出能力的角度考虑,对于使用等离子体镜的高功率超短脉冲激光系统提出时空上的光束质量要求,以避免远场焦斑的退化问题。     

超短脉冲贝塞尔光束的非近轴效应对传输的影响

 对超短脉冲贝塞尔光束在近轴近似和非近轴情况下自由空间中的传输作了研究。结果表明，其空间波形在传输中保持贝塞尔形状不变，不受非近轴效应影响；然而当空间参数较大时，非近轴效应影响超短脉冲贝塞尔光束的时间波形。     

利用非线性Sagnac干涉法提高短脉冲信噪比

理论研究了影响Sagnac干涉法信噪比提升能力和效率的各项因素。通过控制脉冲的空间分布和衰减片透过率,能够有效提高Sagnac干涉法的效率。Sagnac干涉法提升信噪比的能力与入射脉冲的信噪比有关:入射脉冲信噪比越高,信噪比提升的量级就越大。在SILEX-Ⅰ超短超强脉冲激光装置上建立了实验平台。3 TW压缩器输出的超短超强脉冲光经衰减片进入Sagnac干涉仪,非线性介质为5 cm长的熔石英材料,衰减片透过率为55%。当入射脉冲能量为6.6 mJ时,利用三阶自相关仪测量得到脉冲的信噪比从使用Sagna干涉仪前的10-6提高到了10-7,此时出射脉冲的能量为1.6 mJ,效率为24%。该方法对光束口径没有限制,能够用于大能量条件下短脉冲信噪比的提升。     

Nonlinear Sagnac interferometry for improving signal-to-noise ratio of short pulse

理论研究了影响Sagnac干涉法信噪比提升能力和效率的各项因素.通过控制脉冲的空间分布和衰减片透过率,能够有效提高Sagnac干涉法的效率.Sagnac干涉法提升信噪比的能力与入射脉冲的信噪比有关:入射脉冲信噪比越高,信噪比提升的量级就越大.在SILEX-Ⅰ超短超强脉冲激光装置上建立了实验平台.3 TW压缩器输出的超短超强脉冲光经衰减片进入Sagnac干涉仪,非线性介质为5 cm长的熔石英材料,衰减片透过率为55％.当入射脉冲能量为6.6 mJ时,利用三阶自相关仪测量得到脉冲的信噪比从使用Sagna干涉仪前的10-6提高到了10-7,此时出射脉冲的能量为1.6 mJ,效率为24％.该方法对光束口径没有限制,能够用于大能量条件下短脉冲信噪比的提升.     

光谱扫描滤波法提升飞秒激光信噪比的理论分析

在时间--频率域中,啁啾脉冲被淹没在放大自发辐射等噪声中,且其瞬时频率线性分布,基于此,提出采用光谱扫描滤波的办法来提升高功率飞秒激光系统的信噪比,并以法布里--珀罗干涉仪作为光谱扫描滤波器,对该法提升信噪比的效果进行了详细的理论分析.采用短时傅里叶变换方法,研究了光谱扫描滤波器对自发辐射放大(ASE)的滤波效果,数值分析表明,在时间抖动为-2 ps到2 ps之间、光谱扫描滤波器的通带宽度为0.4 nm条件下,该法能将飞秒激光系统的信噪比提升2个量级,而啁啾信号光以超过90%的透光率通过光谱扫描滤波器;级联光谱扫描滤波方式能进一步提升飞秒激光信噪比.     

Bragg光纤光栅用作滤波器时的输出光脉冲波形分析

对光纤光栅用作接收端光噪音滤波器进行了详细的理论分析,计算了通信系统中矩形光脉冲信号经“强”、“弱”Bragg光纤光栅滤波器后的输出光脉冲波形,同时也计算了矩形光脉冲信号经匹配光滤波器、现行光通信系统中常用F-P滤波器的输出光脉冲波形,对四种滤波器的输出光脉冲波形进行了分析和比较,并分析了输出信号在抽样判决时的码间干扰情况,从输出波形分析认为,光纤光栅用做接收端噪音滤波器比F-P滤波器具有更大的优越性.     

抑制幅频调制的时间功率曲线的远程精确测量

采用单偏振光纤远程传输待测光,结合上升沿与顶端波形分离处理的时域恢复算法,提出一种远程精确测量激光时间功率曲线的方法,并对高功率激光驱动器前端系统中1 053nm脉冲光的时间功率曲线进行了远程测量实验.结果表明,该方法有效避免了幅频调制对激光脉冲时间功率曲线测量的影响,获得了高保真的远程传输时间波形,引入的误差在每1ns范围内小于0.8%,可用于高功率激光系统的时间功率曲线远程集中测量.     

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。     

超短脉冲高斯光束通过透镜的聚焦特性

利用傅里叶积分变换法研究了超短脉冲高斯光束通过透镜的聚焦特性,给出了透镜焦平面上光强的空间、时间分布,以及能量密度分布。在所用数学处理中未使用缓变包络近似,结果对于包括单周期超短脉冲情况都是成立的。数值计算结果和物理分析表明,不考虑色散时,焦点附近的脉冲宽度相对于初始脉冲几乎不变。对于色散透镜,研究了透镜色差和群速度色散影响。透镜色差使焦点附近的脉冲(特别是脉冲前沿)显著展宽,能量密度分布展宽,峰值功率降低。群速度色散会进一步使脉冲展宽,脉冲前沿出现振荡,峰值功率降低,但它对脉冲光束的能量密度分布影响很小。更高阶的色散效应影响较小。     

群速度色散对高功率激光系统前端整形脉冲的影响

基于高功率激光系统前端全光纤脉冲整形系统输出的脉冲特性，以两路脉冲堆积为例，理论分析并讨论了光纤中群速度色散的作用，提出了分离距离的概念，得出了整形脉冲时间调制周期、瞬时频率，以及初始啁啾对脉冲波形影响的解析结果。数值模拟了脉冲波形、瞬时频率在正、负色散光纤中随时间的变化特性，以及时间调制周期与传输距离之间的关系。结果表明，堆积脉冲不同位置瞬时频率变化不同；脉冲时间调制周期与时延和初始啁啾以及色散符号有关。     

对交叉偏振波滤波器能量转化效率和频谱相位的研究

交叉偏振波(XPW)滤波是一种简单灵活的非线性滤波技术,可以极大地提高超短超强飞秒激光脉冲信噪比。介绍了XPW滤波器原理,通过数值模拟得到以下结论:输入光偏振方向与晶体的[100]轴的夹角β、相位调制(PM)、注入光强和晶体长度以及不同的空间光束分布都会影响XPW的能量转化效率。其中PM是造成能量转化过早饱和,导致最大转化效率降低的主要原因。同时注入光的初始二阶和三阶频谱相位会导致XPW脉冲形状畸变,谱宽窄化,中心频移,能量转化效率减小。为XPW非线性滤波装置能够有效地提高超强超短脉冲的信噪比提供了理论依据。     

超短脉冲在放大介质中传输特性研究

利用非线性薛定谔方程,详细研究了放大介质的增益窄化和增益饱和效应对超短脉冲在放大介质传输特性的影响,以及传输过程中B积分的影响.在此基础上,对超短脉冲放大系统的逆问题进行了研究,即在给定放大系统参数和满足物理实验要求的输出脉冲波形前提下,求出相应的输入脉冲波形.     

抽运光中ASE噪声对OPCPA信噪比的影响

惯性约束核聚变快点火实验,要求拍瓦终端输出再压缩的高信噪比超短激光脉冲.在拍瓦前端光参变啁啾脉冲放大(OPCPA)阶段,抽运激光脉冲中由放大的自发辐射(ASE)噪声调制导致的电场强度振幅和相位的随机扰动.将会被传递到信号光的光谱E.使再压缩后主激光脉冲前后出现底座.降低了信号光的信噪比.数值模拟了抽运激光脉冲中ASE噪声对信噪比以及对时间底座的宽度的影响,并探讨了有利于提高超短激光脉冲信噪比的途径.     

不同抽运波形条件下参量荧光对信噪比的影响

光参量啁啾脉冲放大器(OPCPA)是现阶段最常用的超短超强脉冲放大器之一。参量荧光是OPCPA的本征量子噪声,其形成的脉冲底座会大大降低输出信号脉冲的信噪比。采用数值模拟的方法,研究了不同脉宽比和抽运波形条件下参量荧光的演化规律及其对信噪比的影响。计算结果表明,在增益一定的情况下,随着脉宽比的增大,信噪比与效率-带宽积都呈先增大后减小的趋势。存在一个最佳脉宽比,使得两者同时达到最大。脉宽比小于此最佳值时,随着超高斯抽运光波形阶数的增大,信噪比减小而效率-带宽积增大;脉宽比大于此最佳值时,随着超高斯抽运光波形阶数的增大,信噪比增大而效率-带宽积减小。