高功率激光脉冲光纤取样的实验研究

光纤取样可以降低高功率激光脉冲时间波形测量成本，并提高测量系统抗干扰能力。光纤耦合效率、信号保真度、信号获取率是采用光纤取样测量高功率激光脉冲时间波形的难点。针对大型高功率激光脉冲宽度窄、光束口径大以及输出光束远场漂移量大等特点，设计了一套激光脉冲光纤取样系统，在全口径取样和不降低信号保真度的条件下有效解决了测量系统信号获取率低下的问题，充分保证了测量系统的可靠性。     

基于选通深度曲线的脉冲激光水下传输时域展宽测量

时域展宽是脉冲激光在水下传输时的重要特性,直接影响蓝绿激光对潜通信和水下激光成像等水下光电应用的性能。推导了选通深度曲线的特征参数与脉冲激光回波波形参数和增强型电荷耦合器件(ICCD)选通波形参数的关系,从而提出了基于选通深度曲线的脉冲激光水下传输时域展宽测量方法。利用所搭建的高重频脉冲激光水下成像系统,在大型室内船池中进行实验测量。结果表明,所提方法能够有效完成脉冲激光在水下传输时的时域展宽测量,尤其适用于远距离传输的情况。     

神光-Ⅲ原型装置初步的激光脉冲整形实验

针对物理实验要求的三台阶整形脉冲(脉冲宽度比为1.5 ns:1ns:0.5 ns,幅度比为1:4:16),在神光-Ⅲ原型(TIL)装置上开展了脉冲时间波形整形实验研究。首先,针对发射目标利用激光性能仿真模型预测注入激光系统的激光能量和脉冲波形。然后,在脉冲整形后进行不同功率的激光发射对脉冲波形进一步修正:利用实验测量的频率转换效率修正各光束1ω能量和1ω脉冲波形;通过拟合实验测量的能量数据修正注入激光能量;通过增益-通量曲线修正注入激光脉冲波形。最后,将各束注入脉冲波形再次折中作为脉冲波形调整的最终依据。实验结果表明,对靶面要求的3ω-3 ns-0.5 kJ(单束)的三台阶整形脉冲,8束脉冲波形与要求比较一致;三个台阶的束间瞬时均方根功率不平衡分别约为30%,10%和5%。     

高功率激光系统中B积分的研究

通过对非线性薛定谔方程的求解,数值模拟了高功率激光系统中钕玻璃的B积分传输规律,并理论分析了B积分对光脉冲的波形和频谱的影响,详细介绍了几种消除B积分影响的方法。这对高功率激光系统中光放大有一定指导意义。     

用于激光聚变驱动器的全光纤、全固化光脉冲产生系统

报道一种全固化、全光纤的用于高功率激光驱动的惯性约束聚变驱动器的光脉冲产生系统,采用单纵模振荡器输出连续激光信号,经过相位调制器和振幅调制器,得到一个时间波形上已整形且具有一定带宽(约0.1 nm)的激光脉冲,经光纤放大器放大并经光纤分束器分束后同时输出四路激光脉冲,各路激光脉冲先通过时间同步调整单元精确控制时间同步关系后,经可编程光纤衰减器调节各路之间的功率平衡后再通过光纤放大器做进一步放大并通过150 m光纤传输输出至预放系统.该光纤系统可输出0.3—20 ns、带宽0.1 nm、能量数纳焦的几乎任意 关键词： 激光聚变驱动器 前端 光纤激光系统     

高功率激光整形脉冲波形控制技术

 针对神光-Ⅲ原型装置物理实验要求的三台阶整形脉冲（三个台阶的脉冲宽度比为1.5∶1.0∶0.5,强度比为1∶4∶16,脉冲总能量为500 J）,并根据该装置的系统构成和具备任意脉冲整形技术,开展了高功率激光整形脉冲波形控制技术研究,通过对基频光段的增益饱和效应和三倍频光的频率转换过程的分析,获得了脉冲时间波形在传输、放大及频率转换过程中的一些变化特点,在此基础上建立了一套简单的预测模型。经过反复迭代计算和多次全系统联机实验获得了实验结果,并在物理实验中得到了应用,初步形成了高功率激光整形脉冲波形的控制方法。     

单脉冲飞秒激光时域参数测量技术研究

钛宝石飞秒激光放大系统具有重复频率低、脉冲波形复杂等特点,为准确测量其峰值功率,提出对单次脉冲波形和脉冲宽度测量的需求。介绍了单脉冲飞秒激光时域波形和脉冲宽度的测量原理和测量方法,设计了基于频率分辨光学开关法的单脉冲飞秒激光时域参数测量装置。讨论了单脉冲飞秒激光时域参数测量校准面临的问题及解决方法。     

脉冲激光在光纤中时间波形传输特性研究

给出了光纤传输激光脉冲波形特性测试的实验光路图，对比测量了经过空气传输和光纤传输两种方式的脉冲波形。实验测试了光束耦合到不同长度的单模和多模光纤与经空气传输后的时间脉冲波形，得到了激光脉冲波形的精细结构。实验结果表明，所选的多模和单模光纤经数百米传输后的脉冲展宽在容许误差范围之内，说明所选用的光纤可以作为纳秒激光时间脉冲波形测试的理想传输介质。     

不同波形脉冲激光的时域误差对相干合成的影响

相干合成技术是实现高功率、高亮度光纤激光系统的重要技术途径.然而, 脉冲激光阵列中常常存在时域误差,这将影响脉冲激光的相干合成效果. 建立了脉冲激光存在时域误差时的相干合成理论模型,并在不同波形(方波、三角波、正弦波) 的脉冲激光存在时域误差时,对相干合成光束在远场的脉冲波形、峰值功率、 光强分布和桶中功率(PIB)等特性进行了数值计算和对比分析.计算结果表明: 方波脉冲激光相干合成光束的脉冲波形受时域误差影响严重,光强分布和PIB随着时域误差 的增大发生线性变化;三角波脉冲激光相干合成光束的脉冲波形和峰值功率受时域误差 影响严重,光强分布和PIB在时域误差较大时随着时域误差的增大发生较为剧烈的变化; 正弦波脉冲激光相干合成光束具有较好的输出特性,在两路正弦波脉冲激光相干合成中, 将两脉冲之间的时延控制在脉冲持续时间的10%以内,就能取得良好的合成效果.     

高功率脉冲在大模场掺Yb3+光纤中的自相似传输放大特性

分析了高功率脉冲在增益光纤中传输放大时非线性薛定谔方程的自相似解,得出注入光的脉宽和能量满足一定关系时,优化增益光纤的长度,才能满足种子光脉冲在增益光纤中的自相似传输放大.揭示了高功率种子光脉冲在光纤中自相似演化的特征参量.此外,模拟了注入能量为400 pJ,脉宽为200 fs,波形分别为正割、高斯以及3阶超高斯的种子光脉冲在纤芯为30μm的大模场增益光纤中的传输放大特性.结果表明3种波形的种子光脉冲的时间波形与光谱均演化为抛物形,时间波形与光谱均发生展宽,但光谱两侧均发生抖动.自相似传输放大后,脉冲为线性啁啾,易于压缩,对实现全光纤高功率超短脉冲产生系统具有重要意义.     

5PW超短脉冲空间滤波器色差对时间信噪比的影响

研究了大口径级联空间滤波器中色差造成的离焦色散与传输时间延迟对超短脉冲波形与时间信噪比的影响。针对神光-5PW高功率超短脉冲系统,通过数值模拟,定量分析了光束口径、色差等因素与近远场脉冲波形畸变和时间信噪比退化的关系。从脉冲波形和时间信噪比的角度,给出了大口径空间滤波器消色差后残余色差的容忍范围,为高功率超短脉冲系统中空间滤波器的设计与优化提供了理论依据。     

脉冲激光探测的最大探测距离的研究

脉冲激光探测的最大探测距离与发射信号功率有关,根据系统发射端瞬时功率的形式,通过计算得出了脉冲激光平均发射功率和最大瞬时功率分别与驱动电流的脉冲上升沿时间、脉冲宽度、脉冲重复周期的关系.结合传输衰减、弱信号检测和信号预处理过程中的信号功率变化,得出了最大探测距离与激励电流波形参数、光电探测器参数、信号预处理电路噪声、信...     

一种远程HPM测量数据采集系统的设计与实现

为获取某型高功率微波辐射系统辐射至空中靶目标处(数十m至数百km处)的微波脉冲参数,基于某升空平台无线数传链路,设计了一种结构简单、紧凑的远程无线高功率微波辐射场测量数据采集系统。该系统具备运行状态动态指示、测量参数远程设置以及波形数据实时显示等功能,质量小于2 kg,瞬时动态范围大于15 dB。试验结果表明:测量系统具备高重频微波脉冲参数测量能力,能实时有效捕获辐射场微波波形,运行稳定可靠,可满足百km级距离上的空中辐射场测量需求。     

群速度色散对高功率激光系统前端整形脉冲的影响

基于高功率激光系统前端全光纤脉冲整形系统输出的脉冲特性，以两路脉冲堆积为例，理论分析并讨论了光纤中群速度色散的作用，提出了分离距离的概念，得出了整形脉冲时间调制周期、瞬时频率，以及初始啁啾对脉冲波形影响的解析结果。数值模拟了脉冲波形、瞬时频率在正、负色散光纤中随时间的变化特性，以及时间调制周期与传输距离之间的关系。结果表明，堆积脉冲不同位置瞬时频率变化不同；脉冲时间调制周期与时延和初始啁啾以及色散符号有关。     

形成线脉冲压缩技术在超宽谱技术中的应用

分析了基于同轴Blumlein线的高功率脉冲源对低阻抗短形成线充电、实现脉冲压缩的基本原理,给出了理想情况下,脉冲压缩后输出的高功率超宽谱脉冲电压、功率增益及能量效率计算公式。利用电路仿真软件建立了脉冲压缩电路模型,通过模拟验证了理论分析。模拟了实际主脉冲波形对输出脉冲的影响,结果表明:低阻抗压缩线充电时间变长、充电电压峰值降低;通过在前级脉冲源与脉压形成线之间增加一定长度传输线,可以有效提高压缩线充电电压。针对典型的同轴Blumlein线高功率脉冲源紧凑Tesla型高功率脉冲源CKP-1000,设计了脉冲压缩装置和测量系统,建立了完整的脉冲压缩实验系统,开展了脉冲压缩试验。该脉压系统可将4.5 ns输入脉冲压缩为前沿940 ps、半高宽约1 ns的亚纳秒脉冲,实现了约2.2倍的功率增益。实验数据与理论分析基本吻合。     

高功率激光多程放大系统中的快速波形预测

对高功率激光多程放大系统中脉冲强度的三维时空变化特性进行了详细的数值分析,理论计算表明具有一定时空分布的光束在放大过程中会产生复杂的时空演化畸变,给脉冲功率的整形预测带来了一定的难度.提出了输入输出积分能量曲线拟合的方法,实现对多程放大系统输入脉冲波形的高精度反演预测,对于方波和复杂多台阶波形输出都能得到很好的预测结果,方波预测相对功率偏差低于0.032%,三台阶脉冲相对功率偏差为0.78%,另外还实现了更为复杂Haan脉冲的反演预测,相对功率偏差为0.13%.该方法不仅精度高,而且计算快速、适用性很强.     

受激布里渊散射介质CCl_4中脉冲传输与功率限幅特性

分析了受激布里渊散射介质CCl4 对纳秒激光脉冲的传输特性及功率限幅特性 .结果表明 :透射脉冲波形随抽运光能量增加而压缩变形 ,脉冲前沿保持高斯型 ,后沿被压缩成功率“平台” ,功率“平台”随抽运脉冲能量增加而逐渐变宽 ,但功率水平不变 ,表明该光学系统具有的功率限幅特性 .详细分析了功率限幅特性随抽运能量的变化规律和时间响应特性规律 ,采用脉宽为 10ns、波长为 1 0 6 μm的Nd :YAG激光脉冲进行实验验证 ,理论与实验结论相符合 .     

斩波法在激光微能量计标定中的应用

针对激光微能量测量的问题,提出一种激光微能量计标定新方法与装置。研究内容包括使用稳功率连续激光作为光源,通过基于斩波的脉冲发生器组件产生微能量的脉冲激光,分别使用脉冲宽度测量组件与功率测量组件进行采集、软件分析,计算微能量值及通过比对给出待标定能量计的修正系数,计算机自动控制。结果表明,该方法获得的脉冲激光波形稳定,脉冲宽度测量不确定度为0.08%,激光功率测量不确定度为0.25%,实现了对0.1 pJ～1 mJ的激光能量进行准确复现和传递。     

高功率固体激光性能仿真模型

为实现高功率固体激光装置的能量平衡和功率平衡,开发了激光性能仿真模型为神光-Ⅲ原型装置的运行提供实时预测。模型能够确定系统参数设置(注入能量、注入脉冲波形和参数诊断衰减设置等)。注入能量的预测采用基于以往实验数据的放大曲线拟合方法。平顶脉冲的注入波形预测采用循环迭代算法,整形脉冲波形的预测采用增益-通量曲线法。参数诊断衰减设置是通过基于SG99光传输放大模型的全光路模拟计算实现。对原型装置的仿真表明,能量预测偏差在5%以内; 基频光束间能量分散度可控制在10%以内。模型已成为神光-Ⅲ原型装置运行仿真的有效工具。     

高精度激光微能量校准技术研究

利用斩波器将连续激光斩波成为脉冲宽度s量级重频脉冲激光,利用选单器将重频脉冲激光转变成单脉冲激光,从而实现变连续激光为单脉冲激光。由陷阱探测器测量连续激光的输出功率,高速APD、高增益PIN探测器作为波形探测器测量脉冲激光波形,并通过示波器对脉冲宽度进行测量。依据测量得到的功率和波形就可得到脉冲激光能量,从而实现了0.2 pJ激光微能量的测量和校准,通过不确定度分析,该装置的pJ激光能量测量不确定度达到了0.42%。