啁啾脉冲激光放大的数值分析

 从Maxwell波动方程出发,建立了描述脉冲在啁啾放大系统中传播的非线性薛定谔方程;采用数值计算,系统地分析研究了放大过程中的各种效应对脉冲的影响,给出了啁啾脉冲在频域、时域内及放大压缩后脉冲信噪比的动态演化特征;讨论了展宽器附加色散量在放大过程中的影响。     

啁啾脉冲激光放大的数值分析

从Maxwell波动方程出发,建立了描述脉冲在啁啾放大系统中传播的非线性薛定谔方程;采用数值计算,系统地分析研究了放大过程中的各种效应对脉冲的影响,给出了啁啾脉冲在频域、时域内及放大压缩后脉冲信噪比的动态演化特征;讨论了展宽器附加色散量在放大过程中的影响。     

啁啾脉冲激光放大中的自相位调制效应

利用光与物质相互作用的半经典理论建立了啁啾脉冲激光放大的输运方程,数值分析了多程放大过程中自相位调制对啁啾脉冲时域特性和频域特性的影响研究结果表明,由于自相位调制引起附加频率啁啾产生,啁啾脉冲瞬时频率发生变化,放大特性受到影响.通过对增益饱和状态下自相位调制效应的研究,提出利用入射脉冲的线性频率啁啾抑制自相位调制的影响. 关键词：     

啁啾脉冲放大系统中光栅展宽器的性能与实验研究

论述了啁啾脉冲放大技术中运用单光栅展宽器结构将少光脉冲在时域进行啁啾展宽的原理及特性，导出了该展宽器所提供色散量的具体表达式及其展宽后激光脉冲宽度的计算，然后通过数值计算分析了其展宽因子及展宽比随各参量的之间的变化关系；本文在此基础上进一步获得了实验的测量结果。     

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。     

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。     

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。     

啁啾脉冲功率谱与脉冲信噪比

啁啾脉冲放大(CPA)技术的关键在于提高高功率短脉冲的信噪比。分析了典型的光纤-光栅展宽脉冲的理想压缩特性,考察由逆傅氏变换相联系的啁啾脉冲功率谱I(ω)与理想压缩脉冲I(t)关系式,提出通过谱整形等方法消除功率谱调制使之具有理想外形是获得高信噪比的基本方法。     

BBO-I非共线光学参变啁啾脉冲放大增益带宽的实验研究

以纳秒级调Q倍频的Nd:YAG激光器为抽运源,以自锁模钛宝石激光器输出并经光栅展宽的800nm啁啾脉冲为信号光,实验研究了其宽带BBO－I非共线相位匹配光学啁啾脉冲放大（OPCPA）的增益谱,研究结果表明,非共线夹角的变化对BBO－I非共线相位匹配光学参变啁啾脉冲放大的增益谱有很大的影响。     

增益饱和在啁啾脉冲放大中的影响

研究了增益饱和在啁啾脉冲放大中的影响，发现由于增益饱和在存在，压缩后脉冲的信噪比会下降，而且展宽器附加的色散也会降低输出的信噪比，这种降低对应着一定的光谱畸变。通过对展宽／压缩器作用的分析，提示了啁啾脉冲放大中光谱与光强的内在联系，提出利用非共振放大来修正光谱畸变提高放大压缩后的信噪比。     

Design Method for Ultrabroadband Optical Parametric Chirped Pulse Amplification

Multiple amplification stages with different phase-matching angles were designed to yield stable and ultrabroadband amplification in optical parametric chirped pulse amplification by optimally controlling the idler laser pulses. Numerical results showed that the overall temporal duration of the amplified seed laser pulse and subsequently the spectral bandwidth can be amplified by using multiple amplification stages in comparison with those of the initial seed pulse laser, which is suitable to generate a high-energy pulse with ultrashort pulse duration in a simple manner.     

啁啾脉冲放大系统空间特性的优化分析

采用Franz-Nodvik模型,通过模拟计算,系统地分析了啁啾脉冲放大(CPA)过程中抽运光和信号光能量密度以及晶体参量对放大器输出能量和转换效率的影响。将理论模拟与实验结果进行比较,证明了理论分析的有效性。计算结果表明:在啁啾脉冲放大系统中,存在一个抽运光最佳能量密度。合理选择抽运光的能量密度可以有效提高系统的能量转换效率和稳定性,而且还可以大大降低系统对注入信号光能量的要求以及由于信号光能量抖动所造成的输出不稳定性。     

高功率钕玻璃啁啾脉冲放大系统光谱整形

增益窄化效应限制了啁啾脉冲放大系统输出的最短脉冲宽度,需要对注入放大系统的种子啁啾脉冲进行光谱整形,以保证放大后的啁啾脉冲光具有足够的带宽并满足特定的光谱分布.理论上假定放大后啁啾脉冲的光谱分布为高斯分布或超高斯分布,对"百焦耳级钕玻璃啁啾脉冲放大系统"进行逆运算.研究发现,所需种子啁啾光的能量、带宽以及压缩后脉冲的信噪比都与该分布密切相关.通过光谱整形,使放大后的啁啾脉冲光的光谱分布为二阶超高斯分布.能够获得小于400 fs高信噪比的超短脉冲输出,此时所需种子啁啾脉冲能量仅为33μJ,带宽14 nm,在装置前级注入能力的范围之内.为百焦耳装置光谱整形实验的开展提供了理论指导.     

光学参变啁啾脉冲放大相位失配啁啾脉冲频谱整形新方法

相位匹配是实现高效光学参变啁啾脉冲放大(OPCPA)能量转换的关键之一,通过对几种常用非线性晶体的光学参变啁啾脉冲放大过程进行数值模拟研究,结果表明一定程度的相位失配不但能增加光学参变啁啾脉冲放大增益带宽,而且会使啁啾脉冲光谱强度分布中间凹陷。提出利用光学参变啁啾脉冲放大相位失配放大作为啁啾脉冲频谱整形的新方法,通过理论分析和模拟计算,找到了光学参变啁啾脉冲放大相位失配啁啾脉冲频谱整形效果的控制量;并对几种常用非线性晶体在简并、近简并、非简并等条件下的光学参变啁啾脉冲放大相位失配放大特性进行了比较。     

用于宽带啁啾脉冲光参量放大系统精确同步的新方法

基于非共线光参量放大,以波长800 nm飞秒激光的倍频光为抽运光,以激光二极管640 nm连续波激光为信号光,产生了与800 nm飞秒激光精确同步的无直流本底的1064 nm脉冲光。实验结果显示该1064 nm的光脉冲在脉冲能量和空间光束质量上均可作为1064 nm波长脉冲放大器的种子光。仅通过一级简单紧凑的非共线参量放大就可实现光周期量级的光参量啁啾脉冲放大系统的抽运激光和种子光的精确同步。     

啁啾脉冲受激布里渊散射的理论研究

推导了描述调频激光受激布里渊散射的耦合波方程和准静态近似下增益因子的表达式，分析了啁啾脉冲的散射过程，讨论了泵浦激光和斯托克斯信号光率调制方式，带宽对泵浦光能量抽取效率和斯托克斯光脉冲波形的影响。     

啁啾高斯脉冲通过增益色散介质的传输特性

采用复数波数定义和衍射积分方法,研究了啁啾高斯脉冲在增益色散介质中的传输特性,给出了介质增益谱为洛仑兹分布时的频谱分布以及时空分布的传输解析公式,详细分析了传输过程中光场的频谱和时空分布、脉宽和频谱变化以及谱移等特性。结果表明,啁啾高斯光束在介质中传输时其时间波形仍保持高斯分布不变,但在传输过程中其脉宽会发生变化。在传输过程中,啁啾参量会影响谱宽的减小程度以及谱移的幅度。啁啾参量越大,脉宽展宽和谱宽压窄的效果越明显,同时,随着传输距离的增大,光谱谱移也越明显。对于给定的啁啾参量,随着传输距离的增大,谱移将最终趋于一恒定值。