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.     

基于Sagnac干涉仪的紫外超短脉冲放大技术

 介绍了一种基于Sagnac干涉仪形式的超短脉冲多路放大技术，能够实现多个激光脉冲的自动复合，并且在理论上能够实现锁相输出。分析了调节偏差对于干涉仪性能的影响，在仔细调节好干涉仪的情况下，起主要限制作用的是放大器介质折射率的随机变化，同时给出了一种利用偏振分束片的多路放大方法及实验结果，将直径为50mm，能量为2~3mJ的脉冲激光放大为最大输出能量为120mJ，稳定运行在100mJ的脉冲。     

Ce~(3+)∶LiCaAlF_6紫外激光器的研究

报道了利用Nd∶YAG四倍频266nm脉冲激光端面泵浦Ce∶LiCAF晶体,采用平凹谐振腔,输出296nm波长紫外激光.当输出镜透过率为20%,入射泵浦能量为13.5mJ时,获得最大输出激光脉冲能量为270μJ,脉冲宽度为3.4ns,输出激光峰值功率为79.4kW,光-光转换效率为2%,斜效率为1.6%.     

Ce3+∶LiCaAlF6紫外激光器的研究

报道了利用Nd∶YAG四倍频266 nm脉冲激光端面泵浦Ce∶LiCAF晶体，采用平凹谐振腔，输出296 nm波长紫外激光.当输出镜透过率为20％，入射泵浦能量为13.5 mJ时，获得最大输出激光脉冲能量为270 μJ，脉冲宽度为3.4 ns，输出激光峰值功率为79.4 kW，光－光转换效率为2%，斜效率为1.6％.     

碳纳米管悬浮液的光限幅特性实验研究

 通过超声波降解法制备了多壁碳纳米管的水-表面活性剂悬浮液，测量了其对于1 064 nm，脉宽10 ns Nd:YAG调Q脉冲激光的光限幅曲线。实验发现：入射激光能量密度较低时，出射能量密度随入射能量密度的增加而线性增加；当入射能量密度为160 mJ/cm²时，出射能量不再线性增加并且逐渐趋近于光限幅器的嵌位输出值，约16 mJ，同时，对激光的透过率从71%下降到15%。通过Z扫描和探针光实验以及45°散射角下散射能量、散射率随入射激光能量变化曲线的测量，对碳纳米管悬浮液的光限幅机理进行了研究。结果表明：其限幅机理可能源于碳纳米管吸收激光能量后升华产生的膨胀的碳气泡对入射激光产生的非线性散射；另外，非线性折射对光限幅效果也有一定的作用。     

纳秒激光脉冲在空气中聚焦的临界自由电子密度问题

实验研究了高功率纳秒量级激光脉冲在空气中聚焦时的能量透过率随输入激光脉冲能量变化的规律,发现在纳秒激光脉冲聚焦半径相同的情况下,激光脉冲的能量透过率随入射激光脉冲能量的变化可分为三种情况：当入射激光脉冲能量较低时,激光脉冲能量全部通过;当入射激光脉冲能量增大后,激光脉冲的能量透过率由近100%迅速减小;当入射激光脉冲的能量进一步增加时,激光脉冲的能量透过率继续缓慢变小.用临界自由电子密度以及所对应的临界时间点对上述实验现象进行了理论分析得到了如下结论：当自由电子密度未达到临界自由电子密度时,多光子电离过程起主要作用,而当自由电子密度超过临界自由电子密度后,逆韧致吸收过程起主要作用,临界时间点是入射激光脉冲与空气作用过程中自由电子密度达到临界自由电子密度的时刻.入射激光脉冲能量决定了临界时间点在脉冲作用时间上的位置,临界时间点的位置决定了激光脉冲的能量透过率.可以通过测量激光脉冲的能量透过率来计算出临界自由电子密度,从而确定出激光脉冲在空气中聚焦时的能量透过特性. 关键词： 临界自由电子密度 临界时间点 多光子电离 逆韧致吸收     

1 kHz-0.1 TW高效率钛宝石激光放大器

介绍了一种高重复频率掺钛蓝宝石飞秒激光多通高效率放大系统.在抽运功率为23 W，入射功率为660 mW时，获得7.2 W的放大输出，放大效率达30%.经压缩器压缩后，获得单脉冲能量4.5 mJ,脉冲宽度为 38 fs，重复频率为1 kHz，峰值功率大于0.1 TW的超短超强激光脉冲. 关键词： 飞秒脉冲 高重复频率 啁啾脉冲放大     

利用Mach-Zehnder干涉仪提升啁啾脉冲信噪比

基于内置电光晶体的Mach-Zehnder干涉仪,利用Mach-Zehnder干涉仪双光束干涉原理和晶体的线性电光效应,提出了一种新的能有效提高啁啾脉冲信噪比的扫描滤波方法。定量分析了其扫描滤波谱特性,探讨了预脉冲噪声延时对信噪比提升效果的影响,并讨论了电光晶体的电压控制参数对信噪比提升效果的影响。研究结果表明:预脉冲噪声的延时和控制电压的变化会对滤波效果产生较大影响,利用该扫描滤波方法可将啁啾脉冲激光信噪比提升约2个量级,且信号光透过率高达95%以上。     

LD连续泵浦Nd:YVO4声光调Q激光器

 利用半导体激光器（LD）连续单端泵浦Nd:YVO₄晶体，实现了声光调Q输出1 064nm的短脉冲。分析并用实验验证了不同透过率输出耦合镜及不同重复频率条件下，输出调Q脉冲能量、脉冲宽度及平均输出功率的规律。在泵浦功率为20.7W，重复频率为50kHz时，获得了最大平均输出功率为5.72W的脉冲，光 光转换效率为28%，斜效率为32.4%；在重复频率为10kHz时，最大单脉冲能量为0.286mJ，脉宽为22ns，峰值功率为13kW。     

高层大气风场探测改型大光程差Sagnac干涉仪全视场角光程差与横向剪切量的精确计算

提出了一种用于高层大气风场探测的改型大光程差Sagnac干涉仪,论述了其基本原理和分光机理;分析了空间光线在改型大光程差Sagnac干涉仪中的传播路径;利用空间几何方法,通过分析空间直线与其投影之间的关系,给出了入射光线绕入射界面法线旋转360°范围内,从任意方向以任意角度入射时,改型大光程差Sagnac干涉仪的光程差及横向剪切量的精确表达式,较目前文献所报道的只给出入射面与纸平面平行时光程差与横向剪切量的计算具有更加普遍的指导意义.为改型大光程差Sagnac干涉仪的设计、研制提供了重要的理论依据和实践指 关键词： 高层大气风场探测 改型大光程差Sagnac干涉仪 横向剪切量     

BBO晶体中级联非线性效应的实验研究

采用800 nm和400 nm两束飞秒激光脉冲在BBO晶体中同时满足相位匹配条件,产生差频、和频及其级联效应.实验运用了中心波长800 nm、重复频率10 Hz、脉宽60 fs及光斑直径7 mm的钛蓝宝石再生放大飞秒激光,输出约为10 mJ的能量以7:3分束.其中7 mJ光脉冲用一块非线性晶体BBO倍频至400 nm获得1.45 mJ能量,然后与另一束800 nm的3 mJ基频激光以非共线方式注入到另一块BBO中,在兼顾和频与差频的相位匹配条件下,即晶体对于和频与差频相位匹配状态同时存在少量失谐时,会同时产生267 nm与800 nm的和频与差频效应,新产生光波与原入射激光脉冲又经过进一步非线性混频作用,最终得到多达10余束可见、紫外的一维列阵.分析了此级联非线性效应的产生机理并讨论了入射光强度,啁啾,延迟等因素对级联效果的影响.     

光参量振荡器的模型仿真

在傍轴近似条件下建立了OPO的数学模型,通过引入三波混频中时间与空间关系,采用分步傅里叶算法模拟了纳秒级脉冲和连续光波在谐振腔内的三波混频过程。理论模型中考虑了不同频率光波之间的色散关系,可以在高转换效率情况下分析不同泵浦脉冲功率、脉冲时长、腔镜透反射比以及不同种子光输入等情况下的输出波形、功率以及OPO阈值等特性。实验中采用掺杂MgO的周期性极化铌酸锂晶体（MgO∶PPLN）为非线性介质,在输入1.06 m泵浦激光脉冲能量为0.4 mJ时,产生3.8 m闲频光超过0.07 mJ输出,与数值模拟结果0.08 mJ较为符合。     

高功率LDA紧密侧面抽运Nd:YLF两级双程离轴放大系统实验研究

 介绍了一台10mm口径两级双程离轴放大系统，实现了对5mm×5mm口径光束的激光放大，耦合系统采用高功率LDA紧密侧面直接抽运棒状Nd:YLF方式。分析并实验研究了在不同抽运电流、放大脉冲与放大器LDA抽运时刻的不同延时及不同注入能量条件下，放大系统及光束每次放大时放大特性的规律。实验得到：在放大系统5mm×5mm软光阑处注入1.58mJ能量时，放大系统可输出129.2mJ能量，能量提取效率达到19.5%，满足该系统的设计指标。     

预脉冲灯泵钛宝石可调谐激光器

利用预脉冲技术,可减小氙灯放电初始阻抗,使主放电电流脉冲前沿变陡,脉冲包络变窄,峰值变高,泵浦能量集中,有利于灯泵钛宝石激光输出。试验证明,在低能量（４７Ｊ）注入时,电光转换效率提高１８％,输出９５０ｍＪ;在高能量（１１６Ｊ）注入时,效率提高５％,输出能量１８１０ｍＪ。该激光器可调谐范围为６９５～９４０ｎｍ。     

Fast high-voltage pulse generator with nonlinear transmission linefor high repetition rate operation

A new application of the nonlinear transmission line (NLTL) for high-voltage pulse generation is reported. In this NLTL, a rise time of an input pulse voltage of 20-kV amplitude can be reduced from 500 to less than 120 ns. Using this circuit, we demonstrated excitation of a pulsed CO₂ laser, and obtained output energy of 129 mJ at an efficiency of 4.3%. Moreover, we find that the head-on collision of two solitons is quite effective to generate a high-voltage and short-width pulse. The input pulse is doubled in amplitude and sharpened in width, from 3.6 kV-300 ns to 11 kV-76 ns. With this method, the utilization of semiconductor devices such as the SI thyristor is possible as a primary switching device. Finally, a xenon lamp has been flashed at a repetition rate of 1 kHz     

二极管泵浦折叠式电光调Q激光器

针对机载激光测距及激光指示应用需求,设计了一种紧凑可靠的电光调Q脉冲激光器。从调Q速率方程出发,分析了激光器输出能量随优化参数z增大而增大、脉宽随z增大而减小的关系。采用?6 mm×56 mm的Nd:YAG激光晶体,LD侧面泵浦,角锥棱镜作为折光器的u形折叠式非稳腔,在增益满足的前提下,提高谐振腔抗失调能力。在注入电脉冲1.2 J条件下,激光器单脉冲能量输出为108 mJ,脉冲宽度为11.8 ns,能量不稳定度 < 0.8%;光-光效率18%,可长时间稳定运行。     

Enhancement of filamentation postcompression by astigmatic focusing

The energy scaling up of pulse postcompression is still an open issue. In this work we analyze the use of astigmatic focusing to improve the output pulses in a filamentation based postcompression setup. Unlike spherical conditions, astigmatic focusing enhances the output energy and the spectral broadening of the filament. This is due to the increase of critical power, allowing a considerable improvement of the postcompression energy and stability in a simple way. We demonstrated compression from FWHM 100 fs, 10 nm, 3 mJ input pulses to 13 fs, 142 nm, near 1 mJ pulses.     

Compact, 1.5 mJ, 450 MHz, CdSiP2 picosecond optical parametric oscillator near 6.3 μm

We report a compact, efficient, high-energy, and high-repetition-rate mid-IR picosecond optical parametric oscillator (OPO) based on the new nonlinear material CdSiP(2) (CSP). The OPO is synchronously pumped by a master oscillator power amplifier system at 1064.1 nm, providing 1 μs long macropulses constituting 8.6 ps micropulses at 450 MHz, and it can be tuned over 486 nm across 6091-6577 nm, covering the technologically important wavelength range for surgical applications. Using a compact (～30 cm) cavity and improved, high-quality nonlinear crystal, idler macropulse energy as high as 1.5 mJ has been obtained at 6275 nm at a photon conversion efficiency of 29.5%, with >1.2 mJ over more than 68% of the tuning range, for an input macropulse energy of 30 mJ. Both the signal and idler beams are recorded to have good beam quality with a Gaussian spatial profile, and the extracted signal pulses are measured to have durations of 10.6 ps. Further, from the experimentally measured transmission data at 1064 nm, we have estimated the two-photon absorption coefficient of CSP to be β=2.4 cm/GW, with a corresponding energy bandgap, E(g)=2.08 eV.     

采用环形再生腔结构的飞秒激光啁啾脉冲放大研究

采用环形再生腔结构的啁啾脉冲放大技术方案, 在重复频率100 Hz,单脉冲能量33.1 mJ的532 nm激光抽运下, 从钛宝石激光中获得了单脉冲能量9.84 mJ的放大输出, 对应的斜效率达33.1%.在重复频率10 Hz的情况下, 同样获得了单脉冲能量为9.64 mJ, 对应斜效率达36.8%的高效率放大结果. 通过色散补偿压缩该啁啾激光脉冲后的单脉冲能量为6.36 mJ, 脉冲宽度为59.7 fs. 测量结果表明典型的能量不稳定度为1.85%. 关键词： 啁啾脉冲放大 再生放大 飞秒激光 环形腔