外光注入半导体激光器实现时钟分频

从理论和实验上研究了利用光注入半导体激光器对高重复速率光脉冲产生的周期振荡和时钟分频现象.结果表明，光注入半导体激光器引起的二倍周期振荡是使注入脉冲重复频率分频的直接原因.通过耦合速率方程，数值模拟了半导体激光器在外光注入时输出光的时间序列和功率谱，并且分析了激光腔内各种周期振荡的特征.研究表明，当注入光使半导体激光器出现稳定的二倍周期振荡，且注入光的重复频率为此振荡频率的二倍时，时钟分频即可产生实验中，采用重复频率为6.32GHz的光脉冲注入Fabry-Perot激光器，实现了3.16GHz时钟分频信号 关键词： 周期振荡 时钟分频 光谱侧带 光注入     

光阴极注入器的驱动激光器

 光阴极注入器要求驱动激光器的激光时间抖动小、脉冲宽度窄、激光波长短和脉冲功率高。从原理和实验上介绍光阴极注入器的驱动激光器,包括连续波锁模振荡腔、时间同步,激光脉冲功率放大等;该激光器输出激光微脉冲宽度10ps,微脉冲时间抖动小于2ps,宏脉冲宽度2.5 μs, 峰值功率100kW, 已用于光阴极RF腔注入器实验,并获得了很好的结果。     

种子注入的短脉冲激光器特性研究

 从LD泵浦固体激光器优化设计原则出发，设计了一种微型二极管泵浦激光器，并对种子激光器的结构和参数进行了优化。该激光器运转稳定，输出光束质量高，光束发散角小，光-光转化效率为17-4%，斜率效率可达24%，输出功率可达80mW。将此种子激光注入到调Q激光器中，改善了调Q激光器的输出特性，使得激光脉冲的建立时间缩短了40ns，输出的横模场分布得到了明显改善。     

两路关联光纤激光器互注入锁相实验

基于角锥互注入锁相相干合成方案,利用光纤Bragg光栅（R=85％@1064nm）作为两路光纤激光器的共用腔镜,实现了两路光纤激光器相关联,进一步提高了激光的互注入能量。采用外腔结构,较容易实现了两路光纤激光器的能量互注入锁相。在实验上观察到了远场清晰稳定的干涉条纹（可见度超过0．8）,获得了功率合成效率约为80％的线偏振相干激光输出。     

高功率全固态绿光激光技术研究进展

 报道了高功率全固态腔内和腔外倍频两种绿光激光器研究进展。腔内倍频绿光激光器采用L型腔双棒串接结构,在重复频率10 kHz时,用三硼酸锂晶体倍频获得绿光功率186 W,光-光效率达15.8%。腔外倍频绿光激光器采用主振荡和功率放大器,在重复频率400 Hz时,获得基频激光单脉冲能量1.2 J,采用Ⅱ类相位匹配KTP晶体腔外倍频,获得525 mJ的绿光输出,倍频效率为43.7%。采用偏振合成技术获得了单脉冲能量大于1 J的绿光输出。在该激光放大器实验装置上,进行了双模块热效应补偿技术和受激布里渊散射相位共轭技术实验研究,改善了激光光束质量。     

光阴极注入器驱动激光器的调试与测量

光阴极注入器可产生高亮度电子源，广泛用于自由电子激光研究中。光阴极注入器包括：驱动激光器、光阴极制备室、光阴极RF腔、高功率微波功率源及测试设备等，其中驱动激光器的性能和工作稳定性是影响实验成功的关键。由于泵浦二极管的性能明显下降，种子光振荡器的输出降低，导致光阴极注人器输出束流降低，为恢复光阴极注入器的性能，更换了激光二极管，将新的激光二极管泵浦模块安装好以后，要对驱动激光系统进行仔细的调试与测量。     

光注入掺铒光纤激光器的混沌特性

对光注入情况下混沌光纤激光器的输出特性进行实验研究.混沌光纤激光器采用环形腔结构,利用光纤的非线性克尔效应产生混沌激光.主激光器产生的混沌激光通过光隔离器和光纤耦合器注入到混沌掺铒光纤激光器实现外光注入.将主激光器产生的不同功率的混沌信号注入从激光器,研究光注入后从激光器混沌信号时序、频谱、自相关以及稳定性与复杂度等特性.结果 表明,光注入后的混沌信号时序随机且幅度频数呈高斯分布,频谱无明显的周期特性,自相关特性优良.光注入掺铒光纤激光器混沌输出在保证混沌源高复杂度的同时提高了混沌源的稳定性.     

二波混频高功率单频窄线宽光纤激光器

设计并制造了一种基于二波混频的高功率单频窄线宽光纤激光器.激光器采用长线形腔结构,以Er3+/Yb3+双包层光纤作为增益介质,利用输出信号光分束反馈注入,与腔内振荡激光混频干涉,形成分布的增益光栅与折射率光栅共同作用选模,获得稳定的1550.63 nm单频高功率激光输出.在975 nm多模激光二极管(LD)抽运下,激光...     

半导体激光器混沌输出的延时特征和带宽

外腔延时特征和带宽是影响混沌激光应用的两个重要参量.本文将一个单路光反馈的半导体激光器输出的激光部分地注入到另一个双路滤波光反馈的半导体激光器中,从而构成一个具有外光注入的双路滤波光反馈半导体激光器系统,即主从激光器系统,用于抑制混沌激光的延时特征并研究其带宽.数值研究了外光注入系数、反馈强度、抽运因子和滤波器带宽对系统输出混沌激光的延时特征的影响,然后将该系统对延时特征的抑制效果和具有外光注入的单路光反馈半导体激光器系统、具有外光注入的双路光反馈半导体激光器系统、具有外光注入的单路滤波光反馈半导体激光器系统以及无光注入双路滤波光反馈半导体激光器系统进行对比和分析,结果表明本文提出的方案对延时特征的抑制效果最好.然后在本文提出的具有外光注入的双路滤波光反馈半导体激光器系统中,延时特征被有效抑制的参数条件下研究系统输出混沌激光的带宽,结果表明,通过适当选择参数的取值,本文提出的方案可以提高系统输出混沌激光的带宽.     

1064nm纳秒激光脉冲激发的外腔式PbWO4拉曼激光器

研究了外腔式PbWO4拉曼激光器在纳秒脉冲抽运下的输出特性。利用主动调Q的Nd:YAG激光器产生的脉冲宽度为31.4ns,最大输出能量为200mJ的1064nm激光作为抽运源。拉曼激光谐振腔采用的是平凹腔设计。测量了输出的拉曼光脉宽与抽运能量的关系,分析了输出的拉曼光脉冲波形图和光谱图,测量了输出的拉曼光脉冲能量与抽运能量的关系,计算了转换效率与抽运能量的关系。当注入抽运光能量达到42mJ时,得到了一阶斯托克斯光脉冲的最大能量和转换效率分别为10mJ和24%,获得外腔式PbWO4拉曼激光器的一阶斯托克斯光脉冲波长为1177.6nm,典型的一阶斯托克斯光脉冲脉宽为20ns。     

BFEL激光能量的计算

 为进一步提高BFEL的小信号增益和确定激光能量等性能参数,用定态和非定态程序对BFEL激光的能量进行了计算和分析。计算结果表明:采取适当措施,将电子束的发射度由50 pmm·mrad降低到30 pmm·mrad,电子束宏脉冲宽度由5.0 ms增加到6.5 ms,激光传输效率由40%增加到80%,BFEL的小信号增益将由16%增大到28%,输出激光的能量也将提高近一个量级。     

在BFEL上实现红外和X光双波段运转的初步研究

 从康普顿散射的原理出发,分析了存在于北京自由电子激光器（BFEL）腔内的康普顿散射过程。提出了利用康普顿散射在BFEL上实现红外激光和软X光双波段运转的设想,并对实现该设想的实验方案进行了初步研究。     

扭摆器中的微束团不稳定性

用理论和数值的方法, 首次研究了扭摆器中相干同步辐射效应诱发的微束团不稳定性. 这一不稳定性只存在于小能散的情况, 并当电子能量或峰值磁场取特定值时, 不稳定度达到最大值. 在BFEL的扭摆器中, 可能有轻微的不稳定性存在; 在CTF的扭摆器中, 则不会有不稳定性发生.     

北京自由电子激光器电子束截面监测系统

报告了北京自由电子激光器(BFEL)从30MeV直线加速器出口到摇摆磁铁出口束流输运段的束流截面监测系统。该系统由四台遥控气动可伸缩荧光屏探头、光学放大系统、闭路电视摄象系统及视频图象处理系统组成。利用该系统进行模拟实验,其系统空间分辨率约100μm,达到BFEL总体要求。利用该系统可以测量摇摆磁铁入口处及内部电子束和准直激光的截面、位置和畸变,进行束流准直、聚焦和发射度测量。     

BFEL实现红外和X射线双波段运行的初步设计

 讨论了北京自由电子激光装置升级后实现红外和X射线双波段运行的主要物理和技术问题及其解决途径,并进行了初步设计。结果表明：红外自由电子激光器的波长调谐范围为4.9~16.8 μm,输出宏脉冲能量可达到50 mJ;背散射X射线光源可以覆盖0.45~3.49 keV能区,输出宏脉冲谱亮度为3.0×10²⁰ photons/(s·mm²·mrad²·0.1%BW),扩大了红外自由电子激光的应用范围,以及用户对相应能区X射线的应用需求。     

北京自由电子激光器的光学速调管结构

采用KMR方程,结合即将运转的北京自由电子激光器总体实验参数,对其光学速调管结构研究.详细分析计算输入功率、电子束能散度、色散磁场、漂移空间长度及位置、以及电子束流等参数对光学速调管增益的影响.基于北京自由电子激光器的振荡器结构,提出一组对电子束能散度要求适中的实用化光学速调管参数.并对其饱和功率、功率谱以及渐变摆动器进行分析.     

激光尾波场驱动准连续小角度电子束研究进展

报道了在北京大学新建成的5 Hz 200 TW飞秒激光加速器实验装置上利用68 TW(1.7 J,25 fs)的激光与混合气体(99%He掺杂1%N_2)进行激光电子加速的初步实验结果与理论分析.在实验中观测到了最大截止能量为290 MeV的连续电子能谱,并且最大输出能量在一定的聚焦范围内基本不变.二维particle-in-cell模拟表明:电离注入导致电子不断注入,使得纵向相空间在激光传播几个毫米后基本被电子填满;之后相空间中电子分布基本保持稳定,随着激光传播距离的增加,输出电子最大能量几乎不变,这与实验观察到的最大输出能量随激光聚焦位置在一定范围内不变的现象一致.实验与模拟结果揭示了在当前实验条件下连续电离注入对电子束品质的影响,为今后进一步优化电离注入电子品质提供了依据.     

BFEL电子束能量的调节

自由电子激光(FEL)相比于传统激光最大的优点之一便是能够较大范围、连续调节输出激光的波长. 通常, 较大范围调节FEL波长的方法是调节电子束的能量. 通过对BFEL进行大量的模拟计算, 重点讨论了其在保持电子束优良性能的前提下, 大范围调节电子束能量的方法, 包括：改变加速管的加速梯度、调整电子束的加速相位以及改变电子束的流强等.     

激光尾场加速电子的密度梯度注入的解析处理

在激光尾场加速电子的机理中, 引入适当的密度梯度容易实现并控制电子注入到等离子体波中实现加速. 迄今对密度梯度注入的理论研究主要采用粒子模拟. 本文发展了一种解析处理密度梯度注入的方法, 分析了密度下降区域中电子的注入和加速. 给出了一维密度梯度中电子注入发生的条件, 采用哈密顿力学得到了线性条件下密度梯度区的电子相空间分界线(separatrix); 讨论了密度梯度区电子注入的时间对电子进入密度均匀区持续加速的影响. 用粒子模拟验证了分析结果.     

种子注入环形腔人眼安全KTP参变振荡器的研究

利用电光调Q的Nd:YAG激光器抽运非临界相位匹配(θ=90°,φ=0°)环形腔KTP光学参变振荡器(OPO),实现了高能量人眼安全波段的1.57μm激光输出。理论与实验结果表明,减小谐振腔长度和注入种子源激光可以有效降低阈值,提高输出能量。当Nd:YAG激光器抽运能量为88mJ时,注入种子源功率由0mW增加到6mW,输出能量由8.8mJ增加到14mJ。当抽运能量为167.7mJ,注入种子源功率达到6mW时,最大输出能量达到46mJ,峰值功率7.44MW。