大信号增益区的宽带OPCPA系统特性分析

利用大啁啾信号光脉冲的光谱在时域内的分布特点,采用四阶龙格-库塔算法对宽光谱的光参量啁啾脉冲放大（OPCPA）激光器特性进行了数值分析。以LBO晶体为增益介质,信号光脉冲宽度取100 ps、啁啾系数为1 000,中心波长为800 nm;泵浦光的中心波长为532 nm,脉宽为100 ps。数值计算结果表明：信号光的非线性相位变化的中心部分为线性分布区,且随增益饱和的程度增大而增大;系统的功率转换效率有准振荡结构,且其第一个极值点为系统能量最大的转换率点;随着系统进入增益饱和区,压缩光脉冲的对比度明显降低,预脉冲长度显著增大。     

光参量啁啾脉冲放大中时间同步抖动对增益稳定性的影响

在考虑了光参量啁啾脉冲放大中的脉冲波形、相位失配和时间同步抖动情况下,给出了计算光参量啁啾脉冲放大增益特性更为完善的三波耦合理论模型。并在1 ns的时间同步抖动情况下,对比分析了光参量放大在小信号放大及饱和放大时的增益稳定性。光参量放大的时间同步抖动对增益影响非常大,使放大信号光脉冲的增益光谱发生了明显的偏移,波形不对称和整个增益降低;并且信号光光谱越宽,光参量放大间的时间同步抖动对其增益影响越严重;但随着参量放大增益饱和的出现和加深,信号光和抽运光之间的同步时间抖动对放大信号光的输出强度影响减弱,即在饱和放大处可以获得更稳定的放大信号光输出。     

光参量啁啾脉冲放大中时间同步抖动对增益稳定性的影响

 在考虑了光参量啁啾脉冲放大中的脉冲波形、相位失配和时间同步抖动情况下,给出了计算光参量啁啾脉冲放大增益特性更为完善的三波耦合理论模型。并在1 ns的时间同步抖动情况下,对比分析了光参量放大在小信号放大及饱和放大时的增益稳定性。光参量放大的时间同步抖动对增益影响非常大,使放大信号光脉冲的增益光谱发生了明显的偏移,波形不对称和整个增益降低;并且信号光光谱越宽,光参量放大间的时间同步抖动对其增益影响越严重;但随着参量放大增益饱和的出现和加深,信号光和抽运光之间的同步时间抖动对放大信号光的输出强度影响减弱,即在饱和放大处可以获得更稳定的放大信号光输出。     

光参量啁啾脉冲饱和放大的增益稳定性

 光参量啁啾脉冲放大（OPCPA）在饱和放大区存在一个增益稳定点，据此设计了一个输出稳定的三级OPCPA系统；第一、二、三级分别选用准相位匹配的周期极化钛氧磷酸钾（PPKTP）晶体、LBO晶体和KDP晶体作为增益介质。饱和放大时，增益随泵浦光强度变化时的增益输出稳定性明显改善，在泵浦光强度抖动低于6%的情况下，各级光参量放大器OPA输出的增益抖动小于1%。前级采用准相位匹配的PPKTP晶体作为增益介质，在远低于破坏阈值的30MW/cm²的泵浦功率密度下，可得到2×10⁵的饱和放大增益和20%的能量转换效率。     

非单色光抽运的光参量啁啾脉冲放大的带宽及增益特性研究

采用傅里叶变换的方法将脉冲光分解成不同的频率成分,建立了非单色光抽运的光参量放大耦合方程组的数值求解模型.研究了非单色抽运光对光参量啁啾脉冲放大的小信号增益、大信号增益以及增益带宽的影响.非单色抽运光降低参量放大的增益水平,但同时可提高增益带宽,且抽运光谱宽越宽,对增益带宽的提高作用越大.还进一步从相位失配和参量带宽的角度分析了非单色抽运光使参量放大的增益降低、带宽增大的原因. 关键词： 光参量啁啾脉冲放大 非单色光 增益带宽 飞秒激光     

啁啾匹配OPCPA方案用于消除超短激光脉冲的预脉冲

采用了一种利用啁啾匹配光参量啁啾脉冲放大（OPCPA）技术来消除泵浦脉冲时间窗口内的预脉冲的方法,并对该方法展开了数值模拟研究。分析了泵浦光脉冲形状、预脉冲提前时间等因素对预脉冲消除效果以及信噪比提升情况的影响。通过与传统的非共线OPCPA方案对比,发现啁啾匹配OPCPA方案可以消除掉离主脉冲更近的预脉冲,且它对预脉冲的消除效果受泵浦光脉冲形状的影响较小。     

啁啾匹配OPCPA方案用于消除超短激光脉冲的预脉冲

采用了一种利用啁啾匹配光参量啁啾脉冲放大（OPCPA）技术来消除泵浦脉冲时间窗口内的预脉冲的方法,并对该方法展开了数值模拟研究。分析了泵浦光脉冲形状、预脉冲提前时间等因素对预脉冲消除效果以及信噪比提升情况的影响。通过与传统的非共线OPCPA方案对比,发现啁啾匹配OPCPA方案可以消除掉离主脉冲更近的预脉冲,且它对预脉冲的消除效果受泵浦光脉冲形状的影响较小。     

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。     

发散光束抽运的宽带光参量啁啾脉冲放大系统的理论研究

对发散光束抽运的光参量啁啾脉冲放大器的增益带宽进行了系统的理论研究.采用空间傅里叶变换和四阶Runge-Kutta算法，分别模拟了非衍射极限情况下的高斯光束和空间频谱为矩形的发散光束作为抽运光时的增益曲线.结果表明：不管是在可见光或是在近红外光谱区，用发散光束均可以明显地改善光参量啁啾脉冲放大系统的增益带宽.选取合适的发散角和抽运光强，可以获得高增益、宽谱带的信号光输出. 关键词： 光参量啁啾脉冲放大 增益带宽 发散角 高斯光束     

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。     

用于OPCPA展宽器的原理和优化设计

给出了一种ffner型展宽器的原理和设计,在光线追迹法的基础上用Matlab辅助程序进行了数值模拟计算,得到了影响展宽器性能参数的直观图形,并对这些参数如何影响展宽器的性能进行了分析讨论,最后给出了用于OPCPA展宽器的最优化设计参数.结果表明这种展宽器能将15 fs的脉冲展宽到900 ps.     

Analysis and optimization of chirp-compensation OPCPA scheme

We present general guidelines for the chirp-compensation optical parametric chirped pulse amplification scheme, where maximization of both conversion efficiency and signal-to-noise ratio and simultaneous overcoming of the gain-narrowing effect are required. Using numerical simulation, we find that the crystal length, the ratio of signal and pump durations, and the pump chirp are the critical parameters for the chirp-compensation scheme. We compare the chirp-compensation scheme with the usual collinear or noncollinear schemes, and find that the chirp-compensation scheme can obtain both higher conversion efficiency and signal-to-noise ratio, and overcome the gain-narrowing effect simultaneously. We also compare the linear-chirp-compensation scheme with the nonlinear-chirp-compensation scheme and find that the linear-chirp-compensation scheme is a good approximation for the nonlinear-chirp-compensation scheme when the signal bandwidth is not very broad.     

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.     

高重复频率高效率光参量啁啾脉冲放大研究

准相位匹配晶体在光参量放大过程具有更大的有效非线性系数,数值分析显示在光参量前级放大过程中就能够提供6.2×106的高增益饱和放大,参量转换效率大于25%,并基于准相位匹配的参量增益特性给出了一个全二极管激光器泵浦的亚TW级高重复频率OPCPA系统的优化设计.     

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。     

泵浦光波形和脉宽对飞秒激光对比度的影响

 采用宽带数值模型，应用四阶龙格-库塔数值算法对三波耦合方程进行数值分析，研究了泵浦光的波形和脉宽在提高光参量啁啾脉冲放大系统输出飞秒激光对比度的作用。结果表明：在泵浦光脉宽较小的条件下，采用平滑的泵浦光波形更有利于提高飞秒激光对比度；在泵浦光脉宽较宽时，飞秒激光对比度得到很好地提高，而对泵浦光波形不敏感；但继续提高泵浦光脉宽并不能进一步改善飞秒激光对比度，而系统的转换效率却显著降低。     

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.