用光学参量啁啾脉冲放大技术产生TW级激光脉冲系统的最优化设计

用数值模拟的方法,给出了一种适合以纳秒级的高功率钕玻璃激光系统为抽运源的光学参量啁啾脉冲放大(OPCPA)系统的最优化设计.该系统主要由一级LBO预放大器和一级LBO主放大器组成.数值模拟结果表明该系统能够把纳焦级能量的飞秒脉冲放大到焦级,从而产生几十个太瓦(1012W)的脉冲输出.这一结果为进一步利用OPCPA技术放大飞秒脉冲产生拍瓦(1015W)的超短超强激光脉冲输出奠定了基础,从而为强场科学研究提供崭新的技术手段.     

用光学参量啁啾脉冲放大技术产生TW级激光脉冲系统的最优化设计

用数值模拟的方法,给出了一种适合以纳秒级的高功率钕玻璃激光系统为抽运源的光学参量啁啾脉冲放大(OPCPA)系统的最优化设计.该系统主要由一级LBO预放大器和一级LBO主放大器组成.数值模拟结果表明该系统能够把纳焦级能量的飞秒脉冲放大到焦级,从而产生几十个太瓦(10¹²W)的脉冲输出.这一结果为进一步利用OPCPA技术放大飞秒脉冲产生拍瓦(10¹⁵W)的超短超强激光脉冲输出奠定了基础,从而为强场科学研究提供崭新的技术手段.     

大口径啁啾脉冲放大激光系统光的谱剪切分析

啁啾脉冲放大（CPA）技术为获得拍瓦级峰值功率和102^20W／cm^2高峰值聚焦功率密度提供了技术手段，从而使“快点火”成为可能。啁啾脉冲放大的原理是：超短脉冲激光先经过展宽器展宽，再进入放大器放大，最后放大脉冲经过压缩器压缩输出超短脉冲。展宽器和压缩器均由光栅对构成，展宽器通过引入正色散获得正啁啾脉冲，压缩器与展宽器共轭引入负色散补偿正啁啾获得超短脉冲输出。啁啾脉冲在展宽、放大和压缩中存在光谱剪切（或称光谱变化）和高阶分布，从而对输出脉冲时空特性产生影响。     

全光纤多种子激光脉冲产生系统

报道一种可精确同步输出宽带啁啾脉冲、纳秒级整形脉冲以及窄带光参量啁啾放大抽运脉冲的全光纤多种子激光脉冲产生系统.采用掺镱光纤锁模激光器和掺镱单纵模光纤振荡器作为系统的光源,将掺镱光纤锁模激光器输出的超短脉冲分束啁啾展宽至0.9ns后,一路进行放大产生10μJ量级的宽带啁啾脉冲为高能拍瓦激光器系统提供种子光脉冲,另一路通过1.2nm滤波产生140ps的基元脉冲,通过光纤堆积器产生可编程整形的2.3ns脉冲,再经过放大达到10μJ量级,提供任意整形的压缩脉冲.同时,将部分掺镱光纤锁模激光器输出的超短脉冲进行光电转换并锁相后,产生与锁模超短脉冲高精度同步的电脉冲用于触发幅度调制器,将掺镱单纵模光纤振荡器输出的连续光削波放大,产生光参量啁啾放大抽运脉冲.该系统能够根据物理实验的需要,非常灵活地在输出各种脉冲之间做出选择.     

基于“神光-Ⅱ”装置的飞秒拍瓦级光学参量啁啾脉冲放大的特性分析与系统设计

用计算机仿真分析了光学参量啁啾脉冲放大（OPCPA）的特性及其影响因素（如相位失配、高阶非线性效应等）-就脉冲放大机理、时间同步、光谱漂移、增益窄化等相似问题与现有的啁啾脉冲放大技术做了比较与讨论-基于“神光-Ⅱ”装置，设计了飞秒拍瓦级OPCPA系统，以期望实现快点火- 关键词： 超短超强激光 啁啾脉冲放大 光学参量啁啾脉冲放大 数值模拟     

多波段紫外太瓦级CPA系统

基于啁啾脉冲放大(CPA)技术和频率变换技术,构建了一个多波长紫外太瓦量级CPA系统.该系统实现了5种频率的精确同步,可同时输出1 Hz,5 Hz和10 Hz的高能量多波段紫外脉冲.时间抖动小于3 ns的时间同步系统和能量不稳定性小于0.5%rms的kHz预放大系统保证了CPA系统输出的能量不稳定性小于2%rms.最后,通过共线相位匹配方案,得到了64 mJ/400 nm,16 mJ/267 nm和5 mJ/205 nm紫外脉冲输出,对应峰值功率达到太瓦量级. 关键词： 啁啾脉冲放大 光学频率变换 紫外脉冲     

抽运光中ASE噪声对OPCPA信噪比的影响

惯性约束核聚变快点火实验,要求拍瓦终端输出再压缩的高信噪比超短激光脉冲.在拍瓦前端光参变啁啾脉冲放大(OPCPA)阶段,抽运激光脉冲中由放大的自发辐射(ASE)噪声调制导致的电场强度振幅和相位的随机扰动.将会被传递到信号光的光谱E.使再压缩后主激光脉冲前后出现底座.降低了信号光的信噪比.数值模拟了抽运激光脉冲中ASE噪声对信噪比以及对时间底座的宽度的影响,并探讨了有利于提高超短激光脉冲信噪比的途径.     

多脉冲序列飞秒钛宝石激光的啁啾脉冲放大

在数太瓦钛宝石啁啾脉冲放大系统中（极光Ⅱ升级装置）,对多脉冲序列的放大过程进行了详细的实验研究,获得了多脉冲序列的放大输出.每一个放大脉冲串中包含有19个独立的飞秒单脉冲,其相邻间隔为14.8 ns,对应的重复频率为67.5 MHz.脉冲串的总能量约为122 mJ,各单脉冲能量从20 mJ指数衰减至0.5 mJ,脉宽约为60fs,对应的峰值功率约为10¹¹—10¹⁰W.这种脉冲序列在产生长寿命激光等离子体、激光微加工等方面有重要应用前景.     

用钛宝石再生放大器产生高重复率啁啾脉冲列

针对啁啾脉冲放大技术建成的钛宝石激光装置，提出一种获得高重复率激光脉冲列的方法.通过改变钛宝石再生放大器中泡克耳斯盒电光开关的传统工作模式，使得腔内放大的脉冲从某特定时刻起，每当在腔内往返一次就以一定的倒出比例（倒出率）倒出腔内脉冲能量的一部分，从而可以在有限的时间段内产生高重复率的啁啾激光脉冲列.基于Franz-Nodvik放大理论，建立了该高重复率再生放大器的理论模型，通过数值计算，系统地分析了初始增益、倒出时刻、倒出率对输出的脉冲序列的影响.在抽运功率为35mJ、倒出率为1/2的实验条件下，通过腔外的脉冲数量选择器，在一个抽运周期内的有限时间段内已获得了14个幅度相近、单脉冲能量约为0.02mJ、重复率为100MHz的啁啾脉冲序列.从此啁啾脉冲列中选取数个脉冲，通过10TW级的激光系统放大和压缩，已获得100MHz重复率的飞秒太瓦级脉冲列. 关键词： 高重复率 多通放大 啁啾脉冲放大 钛宝石激光器     

超快光纤激光中的非线性脉冲放大技术（特邀）

高功率高能量飞秒光纤激光系统通常采用主振荡器加功率放大器结构。在放大飞秒脉冲时,非线性效应是制约脉冲能量的主要因素。基于传统啁啾脉冲放大技术的光纤激光系统虽然能够产生能量在1 mJ量级的飞秒脉冲,但是所产生的脉冲通常在200 fs以上,无法直接满足能量要求较低（1～100μJ范围之内）、脉冲宽度却更短（60 fs以下甚至更短）的应用需求。与啁啾脉冲放大技术通过展宽脉冲而减少非线性相移相反,非线性放大故意保持脉冲的宽度在皮秒量级从而积累大量的非线性相移,导致放大后脉冲的光谱展宽为输入光谱的数倍,经过传统光栅对压缩后能够产生60 fs以下的近变换极限脉冲。本文主要以掺镱光纤放大系统为例,重点介绍自相似抛物线脉冲放大、预啁啾管理放大、增益管理放大和非线性分脉冲放大四种非线性光纤放大技术的工作原理、发展现状以及未来趋势。将提出的预啁啾管理分脉冲放大与多路相干合成相结合,有望产生重复频率1 MHz、平均功率超过1 kW、脉冲能量1 mJ左右的亚50 fs脉冲。这种千瓦级高重复频率、高能量飞秒脉冲源在基础科学、激光加工等领域中具有潜在的应用。     

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。     

基于怪波实现光脉冲串的全光放大

本文基于非线性薛定谔方程的Peregrine怪波解,讨论有理分式的脉冲动力学,基于其特性并利用谱过滤方法,提出一种光脉冲串的放大方法.连续波泵浦与频谱过滤器相结合,能够实现光放大器作用.这一思路被应用到光脉冲串的长距离传输,以4级放大为例,实现了光脉冲串的级联放大,并且通过矩形脉冲截断,能够实现有限个数脉冲的放大.其次,以实验上可控的周期调制的平面波作为初始输入,能够产生放大脉冲串,且最大放大脉冲串产生的位置与调制强度有关.改变调制强度的大小,能够影响最大放大脉冲串所产生的位置.研究结果表明,对于不同频率的输入脉冲串,利用此方法可以实现放大,并且通过改变调制强度的大小,能够实现两路不同频率信号的同时放大.     

用于钕玻璃啁啾脉冲放大系统光谱整形的多层介质膜反射镜

在千焦拍瓦高功率啁啾脉冲放大系统设计中,为了尽量消除增益窄化和增益饱和效应的影响,同时尽可能提高高功率激光输出脉冲信噪比参数,激光脉冲时空和光谱的整形问题备受关注.提出一种光谱整形新方法,利用特定结构的多层介质膜反射镜,可实现对大能量高功率啁啾脉冲钕玻璃放大系统中啁啾脉冲的光谱整形.研究结果表明,只要合理选择多层介质膜系的结构参数,可有效地控制其反射率分布,且在保证反射相位基本不变的条件下其调制度可超过60%.针对钕玻璃1053nm波长设计而成的光谱整形反射镜,反射带宽可达到196nm,色分辨率约为0.1 关键词： 介质反射膜 光谱整形 千焦拍瓦 啁啾脉冲     

强脉冲信号在光纤参变放大器中的放大特性研究

考虑到抽运损耗、走离、色散和非线性等效应,用分步傅里叶方法求解耦合的非线性薛定谔方程组,就强脉冲信号在连续光抽运光纤参变放大器中的放大情况进行了理论研究。研究结果表明,强脉冲信号除经历振幅放大,脉冲时域展宽等过程外,还会发生令人感兴趣的脉冲分裂现象,即一个脉冲信号分裂为两个子脉冲。而且即使在连续光抽运的情况下,走离效应对强脉冲信号的放大也产生了显著影响,即促使两个子脉冲振幅不等以及脉冲漂移。最后,强脉冲信号独特的放大特性用光纤参变放大器的饱和增益特性做了很好的解释,并指出脉冲分裂现象在信号抽样、脉冲压缩、光时分复用系统中有潜在用途。     

基于三阶色散的拍瓦激光信噪比主动调控技术

拍瓦激光系统中剩余的高阶色散导致了脉冲波形的振荡,影响了拍瓦激光的信噪比。为了进一步优化拍瓦激光的信噪比特性,满足激光加速电子、质子等粒子的效率提升需求,本文提出了一种基于双折射晶体的新型超短脉冲的三阶色散主动调控方法,用于信噪比的主动调控。通过数值分析模拟了双折射晶体引入的二阶色散、三阶色散,针对中心波长为1053 nm的拍瓦激光系统,选择适当的晶体厚度,可以通过调节双折射晶体的面内旋转角改变系统剩余三阶色散。同时,基于神光Ⅱ第九路拍瓦激光系统光参量啁啾脉冲放大（OPCPA）预压缩的信噪比测量值,对比了不同量级剩余三阶色散对脉冲信噪比的影响,得出通过改变拍瓦激光系统中剩余三阶色散量,可实现不同量级信噪比的主动调控的结论。该研究结果对于高能激光系统剩余三阶色散的补偿以及信噪比的优化具有重要意义。     

钕玻璃啁啾脉冲放大器产生百焦耳亚皮秒脉冲

以钕玻璃为增益介质研制了高能啁啾脉冲激光放大器系统,实验演示输出啁啾脉冲能量在百焦耳量级时,光谱宽度保持在4—6 nm.最大能量168 J,相应谱宽5.5 nm,中心波长1054 nm.压缩脉冲宽度最短710 fs. 关键词： 啁啾脉冲放大 钕玻璃 高能拍瓦     

增益饱和在整形放大啁啾脉冲中的作用

根据线性啁啾脉冲的特点，利用增益介质的受激发射谱特性，及脉冲在饱和放大时的放大特点，从理论上提出一种获得强度分布前后沿对称放大啁啾脉冲输出的方法，并利用数值模拟对该方法的可行性进行了研究，具体给出了在利用该种方法产生强度前后沿对称的放大啁啾脉冲输出时，应该遵循的部分规律。     

光谱调制反射镜的数控加工控制结构函数

在千焦耳拍瓦高功率放大系统设计中,激光脉冲的时空和光谱整形技术一直受到人们的广泛关注.利用经光学微纳超精细加工而成的电介质结构反射镜可在高功率条件下实现啁啾脉冲的光谱整形.在光谱整形介质结构反射镜的设计与制造中,需要根据加工精度来合理设计数控加工的控制结构函数以及加工刻蚀深度结构函数.针对神光Ⅱ千焦耳拍瓦高功率放大系统设计中提出的多层介质光谱调制反射镜,推导出数控加工的控制结构函数及其刻蚀深度结构甬数,并通过数值模拟计算,分析了调制结构反射镜逼近调制函数的效果及其光谱调制特性.     

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。