Mutual compensation of higher-order dispersion in chirped pulse amplification system with regenerative amplifier

In this paper, based on ray tracing, the approach of mutual compensation that introduced properly the negative third-order dispersion to balance the higher-order dispersion in the chirped pulse amplification (CPA) system with regenerative amplifier is presented. A shorter pulse with near-transform-limitation can be generated by this method than by the conventional approach that zeros the second- and the third-order dispersion successively in the CPA system.     

自由电子激光放大啁啾脉冲的数值模拟

 利用1维非定态程序对单程自由电子激光(FEL)放大器放大线性啁啾脉冲的过程进行了数值模拟,得到了不同啁啾参数的脉冲通过FEL放大器的增益曲线,计算了不同啁啾参数的脉冲被单程FEL放大器放大后的腔外压缩情况。通过对数值模拟结果的定性分析得出：影响输出脉冲宽度和峰值功率的主要因素是FEL放大器的增益线宽和啁啾参数,并以此说明,通过先使用FEL放大器放大啁啾脉冲、然后再将其在腔外压缩的方法产生超短脉冲FEL是可行的。     

Fiber based high repetition rate, high energy laser source applying chirped pulse amplification

We demonstrate the potential of a high-gain Yb-fiber amplifier system to provide ultrashort pulses with high energies. 100 μJ pulses generated at a repetition rate of 32 kHz exhibit nearly diffraction limited output (M²≈1.7) at a 1060 nm center wavelength. Using chirped pulse amplification, temporally streched laser pulses from a femtosecond oscillator could be compressed after amplification to subpicosecond pulse duration. The achievable intensities are high enough to create plasmas which can efficiently convert laser light to the extreme ultraviolet radiation. In a multimode Yb-doped fiber amplifier we obtained average powers of up to 22 W and single pulse energies up to 130 μJ.     

300 W线偏振飞秒全光纤啁啾脉冲放大系统

报道了高平均功率的线偏振啁啾脉冲放大系统。该系统包括全光纤结构的多级放大器以及透射光栅脉冲压缩器。压缩前, 实现了近衍射极限光束输出, 平均功率425 W, 光光效率81%, 消光比约13 dB;压缩后, 获得了平均功率300 W、脉宽315 fs、峰值功率12 MW的激光脉冲, 为目前报道的最高平均功率的线偏振光纤啁啾脉冲放大系统。     

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。     

高功率全光纤啁啾脉冲放大激光系统

采用基于非线性偏振旋转原理的光纤被动锁模激光器作为主振荡器。输出信号脉冲的重复频率为30 MHz,脉冲半高全宽为265 fs。信号脉冲通过全光纤啁啾脉冲激光放大系统展宽至100 ps后,经过1级芯径10 m的光纤预放大器和1级芯径50 m的光纤功率放大器将脉冲平均功率放大至10 W,斜率效率41.5%。输出脉冲经光栅压缩器将脉宽压缩至594 fs。     

高功率全光纤啁啾脉冲放大激光系统

采用基于非线性偏振旋转原理的光纤被动锁模激光器作为主振荡器。输出信号脉冲的重复频率为30MHz,脉冲半高全宽为265fs。信号脉冲通过全光纤啁啾脉冲激光放大系统展宽至100ps后,经过1级芯径10μm的光纤预放大器和1级芯径50μm的光纤功率放大器将脉冲平均功率放大至10W,斜率效率41.5%。输出脉冲经光栅压缩器将脉宽压缩至594fs。     

Stacking chirped pulse optical parametric amplification

Stacking chirped pulse optical parametric amplification based on a home-built Yb³⁺-doped mode-locked fiber laser and an all-fiber pulse stacker has been demonstrated. Energic 11 mJ shaped pulses with pulse duration of 2.3 ns and a net total gain of higher than 1.1 × 10⁷ at fluctuation less than 2% rms are achieved by optical parametric amplification pumped by a Q-switched Nd:YAG frequency-doubled laser, which provides a simple and efficient amplification scheme for temporally shaped pulses by stacking chirped pulse.     

Numerical studies of optical parametric chirped pulse amplification

Based on the coupled wave equations, optical chirped-pulse parametric amplification (OPCPA) is simulated and its characteristics are investigated under the conditions of small-signal and pump depletion. The influence of the group-velocity mismatch and the phase mismatch among the three waves on the process of the amplification are discussed, respectively. Compared with the conventional chirped-pulse amplification system, synchronization between pump and signal-pulses is a crucial issue in OPCPA. The requirement on Δτ_p–s as well as the stability of the system is investigated.     

光参量啁啾脉冲放大的逆问题

针对光参量啁啾脉冲放大的逆问题,即如何在给定输出信号光脉冲波形的前提下,通过计算得到输入信号光脉冲波形,提出了相应的计算模型和方法.以分步傅里叶变换和四阶龙格-库塔法为基础,通过数值拟合等方法,建立了输入-输出信号光强之间的定量关系.分别以预期输出信号光脉冲为啁啾高斯脉冲以及具有特定形状的整形脉冲为例,通过逆算得到了相应的输入信号光脉冲波形.研究结果表明,该逆算方法具有原理简单、计算快速准确等优点,可为激光脉冲整形设计提供参考. 关键词： 光参量啁啾脉冲放大 逆问题 啁啾脉冲 脉冲整形     

啁啾脉冲堆积及其放大特性

根据啁啾脉冲堆积的原理以及模型介绍了两路脉冲堆积时脉冲的时间与频谱特性,分析了堆积脉冲产生时间与频谱调制,以及交叠区产生非线性频率啁啾的原因。通过非线性薛定谔方程,分析了堆积脉冲的放大特性,介绍了啁啾参量对放大结果的影响以及放大后堆积脉冲的频率啁啾的变化。研究表明,在堆积脉冲的放大过程中自相位调制效应非常明显,严重影响了脉冲的频谱与频率啁啾。     

啁啾脉冲堆积及其放大特性

 根据啁啾脉冲堆积的原理以及模型介绍了两路脉冲堆积时脉冲的时间与频谱特性,分析了堆积脉冲产生时间与频谱调制,以及交叠区产生非线性频率啁啾的原因。通过非线性薛定谔方程,分析了堆积脉冲的放大特性,介绍了啁啾参量对放大结果的影响以及放大后堆积脉冲的频率啁啾的变化。研究表明,在堆积脉冲的放大过程中自相位调制效应非常明显,严重影响了脉冲的频谱与频率啁啾。     

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。     

光参量啁啾脉冲放大过程中脉冲特性理论研究

 通过数值求解非线性三波耦合方程组,并利用色散致啁啾引起的瞬时频率与时间的关系,模拟了啁啾脉冲在光参量放大过程中的脉冲波形和频谱形状的变化关系,以及通过压缩器的脉冲形状。模拟结果表明：啁啾脉冲在光参量放大过程中的时域宽度和频谱有很小程度的加宽,但基本上不影响放大后脉冲的压缩及信噪比。     

小宽带堆积啁啾脉冲传输放大特性

 采用啁啾脉冲堆积的方法可获得ns量级宽带整形激光脉冲,对堆积啁啾脉冲时间波形的影响因素及传输放大后脉冲波形与光谱形状的特性进行了研究。结果表明：在传输过程中脉冲的演化规律与窄带脉冲的演化规律基本一致,而且传输放大过程也不会改变脉冲的调制结构,但光谱形状在传输放大过程中发生了变化,初步认为是由非线性效应造成的;小宽带堆积啁啾脉冲具有与窄带脉冲基本一致的的增益水平。     

光参量啁啾脉冲放大过程中脉冲特性理论研究

通过数值求解非线性三波耦合方程组,并利用色散致啁啾引起的瞬时频率与时间的关系,模拟了啁啾脉冲在光参量放大过程中的脉冲波形和频谱形状的变化关系,以及通过压缩器的脉冲形状。模拟结果表明：啁啾脉冲在光参量放大过程中的时域宽度和频谱有很小程度的加宽,但基本上不影响放大后脉冲的压缩及信噪比。     

调控空间非均匀啁啾场获得孤立阿秒脉冲

通过调节二阶啁啾参数和空间非均匀效应对高次谐波光谱进行了优化.结果表明：在长脉宽负向啁啾和负向非均匀效应组合下,谐波光谱截止能量和强度得到最佳增大,并获得X射线范围内的光谱连续区.最后,通过叠加光谱连续区上的部分谐波可获得一个脉宽仅为23 as的孤立脉冲.     

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。     

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。     

反射式棱栅对展宽器用于啁啾脉冲放大激光的研究

在啁啾脉冲放大(CPA)系统中, 脉冲的展宽是实现安全有效放大的重要保证. 本文介绍了一种新型的由色散棱镜与光栅组合而成的反射式棱栅对展宽器. 并利用光线追迹法对色散进行了数值模拟, 测量实验结果验证了理论计算的正确性. 在此基础上, 分析了以棱栅对为展宽器和ZF7玻璃材料为压缩器的下啁啾(down-chirped)脉冲放大系统中的色散比较传统的上啁啾脉冲放大系统, 结果表明棱栅对可以同时提供负的二阶色散和三阶色散, 这样能更好地补偿放大器中材料的高阶色散, 从而获得近傅里叶变换极限的压缩脉冲. 此外以块材料作为压缩器不仅提高了传输效率, 而且简化了实验装置, 增强了系统的稳定性. 这样的展宽压缩组合在高重复频率的飞秒啁啾脉冲放大系统中具有明显优势. 关键词： 反射式棱栅对 啁啾脉冲放大 色散 飞秒脉冲