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。     

光束运动特性对焦斑束匀滑效果的影响

提出了光束运动的概念和物理模型,针对光谱色散匀滑技术方案,以正弦位相调制脉冲和线性啁啾脉冲为例,理论分析了啁啾宽带光束的横向"运动"特性及其对焦斑匀滑效果的影响,详细讨论了运动速度大小、运动周期以及运动方式等对焦斑束匀滑特性的影响,得到在相同带宽下线性啁啾脉冲的匀滑效果要优于正弦位相调制脉冲匀滑效果的结论.     

宽带啁啾脉冲激光非线性传输过程中的时空微扰研究

基于非线性薛定谔方程推导出大啁啾脉冲的传输方程,利用微扰理论,分析了啁啾脉冲激光的时空不稳定性. 理论上比较清楚的阐述了宽带脉冲激光在大啁啾情况下,其时空噪声的相互影响与相互作用情况及脉冲啁啾对噪声微扰调制的影响,发现在相同γI₀(非线性系数与峰值强度乘积)的情况下脉冲啁啾对噪声调制的增长没有直接影响. 最后我们在实验上利用非线性介质对啁啾脉冲的空间小尺度自聚焦过程进行了部分验证,同时也在数值上对宽带啁啾脉冲的时间噪声调制的增长进行了模拟分析,发现实验结果和模拟分析结论 关键词： 时空不稳定性 宽带脉冲激光 啁啾     

高功率激光系统nm宽带激光脉冲传输特性

对高功率激光系统采用宽带激光消除菲涅耳衍射问题进行了研究,指出只有数百nm的宽带啁啾光脉冲才对近场衍射有一定的平滑作用,数nm的宽带啁啾光脉冲对近场衍射几乎没有平滑作用;同时,还对宽带啁啾光的B积分表征方式和最快增长频率问题进行了研究,并与原型装置上开展的窄带脉冲、宽带啁啾堆积脉冲的非线性实验结果进行了对比研究,指出以最大B积分或加权B积分反映非线性自聚焦更为准确。研究还表明,在数nm,ns情况下最快增长频率与窄带激光脉冲的差别不大。     

宽频带光束非线性热像效应的实验研究

实验研究宽频带脉冲光束通过非线性介质时的非线性热像的形成过程,揭示了光束入射功率和脉冲宽度、介质厚度等因素对热像光强和位置的影响. 结果表明,与单纵模激光束一样,在宽频带脉冲光束情形下,非线性介质上游元件的模糊斑调制也可导致在下游共轭位置形成热像. 热像光强随入射光束功率的增加而增加;若脉冲能量一定,则热像光强随脉冲宽度的增加而减弱;若脉冲峰值功率一定,则热像光强随脉冲宽度的增加而增强. 关键词： 高功率激光 热像 宽带光束 小尺度自聚焦     

Propagation characteristics of nanometer-level broadband chirped pulse in high power laser system

对高功率激光系统采用宽带激光消除菲涅耳衍射问题进行了研究,指出只有数百nm的宽带啁啾光脉冲才对近场衍射有一定的平滑作用,数nm的宽带啁啾光脉冲对近场衍射几乎没有平滑作用;同时,还对宽带啁啾光的B积分表征方式和最快增长频率问题进行了研究,并与原型装置上开展的窄带脉冲、宽带啁啾堆积脉冲的非线性实验结果进行了对比研究,指出以最大B积分或加权B积分反映非线性自聚焦更为准确.研究还表明,在数nm,ns情况下最快增长频率与窄带激光脉冲的差别不大.     

自由空间中超短啁啾洛仑兹脉冲光束的空间奇异性

给出了超短啁啾洛仑兹脉冲光束在自由空间中的传输方程，研究了啁啾对洛仑兹脉冲光束空间奇异性的影响．理论及数值模拟的结果表明，由于啁啾的作用，对于脉冲宽度大于一个光波振荡周期的洛仑兹脉冲光束同样存在空间奇异性．在初始位置，啁啾洛仑兹脉冲光束的空间奇异性出现在脉冲的前沿或后沿．当洛仑兹脉冲光束传输以后，啁啾洛仑兹脉冲光束的空间奇异性将更加强烈．     

大啁啾光纤布拉格光栅的脉冲响应特性研究

脉冲堆积技术是高功率激光系统中产生任意种子脉冲的方案之一.该方案利用大啁啾光纤布拉格光栅的宽带特性来展宽宽带短脉冲,以满足脉冲堆积组件的需求.利用传输矩阵法模拟了大啁啾宽带光纤布拉格光栅的反射谱、时延曲线等特性.研究发现,光纤光栅的啁啾因子决定了色散量以及带宽的大小,但增加色散量的代价是降低了光纤光栅的带宽;光栅长度越长,反射带宽明显增加,但色散量变化不大.研究结果对高功率前端系统的设计具有一定的指导意义.     

脉冲啁啾对于阿秒脉冲的影响

采用单电子近似和软核势模型, 通过数值求解一维含时薛定谔方程, 理论研究了当脉冲分别带有正、负啁啾的情况下所产生的阿秒脉冲.分析了不同脉冲啁啾特性对阿秒脉冲的强度和宽度的影响. 研究结果表明, 无论是正啁啾还是负啁啾, 随着啁啾量的增加, 都将使激光脉冲由产生单个阿秒脉冲趋向于产生阿秒脉冲链. 正啁啾和负啁啾对于阿秒脉冲宽度的影响是不同的, 负啁啾对于阿秒脉冲宽度影响很小, 适当的负啁啾有利于缩小阿秒脉冲的宽度; 而正啁啾脉冲产生的阿秒脉冲较无啁啾时展宽, 且随着啁啾量的增加, 其阿秒脉冲宽度迅速增大.     

光脉冲在标准单模光纤中演化形成孤子的实验研究

利用二次谐波频率分辨光学门脉冲分析仪从实验上分析研究了具有啁啾的10 GHz光脉冲在不同输入功率下演化形成孤子的规律和特点。实验发现:输入脉冲在光纤中传输3.5个色散长度时,其时间宽度、频率啁啾和时间带宽积都随着输入功率的增加而减小。当输入功率大于一阶孤子功率的理论值时,光脉冲能够演化形成孤子;脉冲在随后传输过程中其宽度基本保持不变,波形、频率啁啾和时间带宽积仍随着传输距离的变化而变化;输入功率越高,形成的一阶孤子脉冲的宽度越窄。当输入功率小于一阶孤子功率的理论值时,输出脉冲的时间宽度随着传输距离的增加而增加,频率啁啾随着传输距离的增加而减小,光脉冲不能演化形成孤子。     

基于预啁啾控制的极宽带光参量放大

在以飞秒钛宝石放大系统的倍频光为抽运光和超连续白光为信号光的光参量放大中,针对抽运光的宽带特点,分析了一种新的极宽带相位匹配方法.结果表明,10nm的抽运光带宽可得到近400nm的相位匹配带宽,若抽运光带宽达到20nm,相位匹配带宽就能达到近600nm.零色散波长为800nm的光子晶体光纤产生的超连续谱经光纤传输后为二次啁啾,宽带抽运光经棱镜对展宽具有线性啁啾,满足了极宽带相位匹配方法所需要的光谱分布.理论计算了对输入脉冲进行预啁啾控制应选择的光纤长度和棱镜对在光路中的插入量,为实现极宽带光参量放大提供了 关键词： 啁啾 极宽带相位匹配 光参量放大 光子晶体光纤     

基于预啁啾控制的极宽带光参量放大

在以飞秒钛宝石放大系统的倍频光为抽运光和超连续白光为信号光的光参量放大中，针对抽运光的宽带特点，分析了一种新的极宽带相位匹配方法.结果表明，10nm的抽运光带宽可得到近400nm的相位匹配带宽，若抽运光带宽达到20nm,相位匹配带宽就能达到近600nm.零色散波长为800nm的光子晶体光纤产生的超连续谱经光纤传输后为二次啁啾，宽带抽运光经棱镜对展宽具有线性啁啾，满足了极宽带相位匹配方法所需要的光谱分布.理论计算了对输入脉冲进行预啁啾控制应选择的光纤长度和棱镜对在光路中的插入量，为实现极宽带光参量放大提供了     

A strong single attosecond pulse generation from an atomic superposition state with chirped laser fields

We numerically investigate the chirp-depending of supercontinuum generation with preparing He+ ions in a coherent superposition of the states 1s and 2s. The results show that the initial population of the 2s state can lead to the formation of intense supercontinuum in spectrum. By precise control of chirp parameter, the spectral width and intensity of supercontinuum harmonics increase. Moreover, with a synchronous decrease of pulse durations, the bandwidth of the intense supercontinuum increases. The time–frequency characteristic of harmonics reveals that the long quantum-path is dominated in supercontinuum-region. As a result, an intense 7-as isolated pulse with a bandwidth of 570 eV can be achieved.     

Hot images from phase defects in high-power broadband laser beams

We investigate the formation of hot image from the phase defect in broadband laser beam. It is found that the hot image intensity in the broadband beam case is lower than that in the narrowband beam case under the same input peak intensity, indicating that the formation of hot image can be suppressed by a small amount of bandwidth. The physical origins for such a suppression effect are explained. In addition, an interesting phenomenon found is that the phase defects causing phase shifts around π rad become less dangerous than those around ±π/2 rad when the peak power of the incident broadband laser beam reaches a certain level. Numerical simulations are performed to confirm the theoretical analyses.     

高功率激光系统中全息“热像”效应

 对高功率激光系统中存在的一种类似于小尺度自聚焦的非线性过程“热像”效应进行了理论分析和模拟计算。当一束经过遮光物调制的激光光束通过非线性介质后，在随后的光路上将产生一个亮点，即“热像”。“热像”处的光强比背景光强大几倍，因此位于“热像”附近位置的光学元件很可能遭受损伤。从全息成像的角度对“热像”的形成过程进行了分析。结果表明：“热像”的位置处于以非线性介质为中心与遮光物大约对称的地方，“热像”的光强是原始光强的(1+B)2倍。计算机模拟与理论计算结果吻合较好，验证了上述结果。     

Nonlinear images of scatterers in chirped pulsed laser beams

The bandwidth and the duration of incident pulsed beam are proved to play important roles in modifying the nonlinear image of amplitude-type scatterer.It is found that the initially positive chirp-type bandwidth can suppress the nonlinear image,while the negative one can enhance it,and that both effects are inversely proportional to the incident pulse duration.Numerical simulations further demonstrate that the location of nonlinear image is at the conjugate plane of the scatterer and that,for negatively pre-chirped pulsed beam,the nonlinear image peak intensity can be higher than that in the corresponding monochromatic case under certain conditions.Moreover the effect of group velocity dispersion on nonlinear image is found to be similar to that of chirp-type bandwidth.     

研制超宽带全光取样示波器设备

全光取样示波器是研究与开发超高速光通信系统和光子交换网络的关键性测试仪器设备. 本文简介了我们自行设计和研制出的超宽带全光取样示波器设备的实验样机系统, 并报道了我们已取得的初步实验结果. 采用自主研发的高稳定性被动锁模飞秒光纤激光器作为该光学示波器的光脉冲取样源, 我们通过利用高度非线性光纤中的四波混频效应, 成功地实现了对脉宽为1.8ps、重复频率分别为10GHz和40GHz的光脉冲信号的全光取样. 然后通过数字信号处理和计算机图形处理, 得到了再现后的超短光脉冲信号波形, 并测出了其脉冲宽度值为2.3ps. 借助于该光学取样示波器实验样机, 我们还成功地完成了对脉宽为1.8ps、经过伪随机数据序列调制后的10Gbit/s和40Gbit/s光数据信号眼图的精确测量. 这是我国首次报道有关超宽带全光取样示波器设备的实际研制工作及其相应的实验测试结果. 所得到的有关超短光脉冲信号波形的测试结果也与用70GHz宽带电子示波器和超快光电探测器组成的常规光电测量系统所获得的结果进行了比较, 清楚地表明了我们研制出的全光取样示波器实验样机比后者具有更高的时间分辨率和更大的测量带宽.     

A Novel Technique to Measure the Spatial–Temporal Intensity of an Ultrashort Pulse

Based on a modified cross-correlation technique, we experimentally demonstrate a technique for measuring the spatial–temporal intensity of laser pulses. Pulse widths at different spatial positions of the ultrashort pulse are measured by changing the scan position of the probe beam. Due to the existence of residual chirp in the transverse position, pulse widths at the center of the beam are less than that at the edge. By measuring the temporal evolution in the fastest growth area of spatial intensity during small-scale self-focusing, we find that its pulse width decreases as power increases because of the spatial–temporal coupling effect. The results show that this method not only can be used to accurately measure the pulse width at any one spatial position of the beam, but can also be useful for real-time monitoring of the spatial–temporal evolution.