Influences of finite gain bandwidth on pulse propagating in parabolic fiber amplifiers with distributed gain profiles

The evolutions of the pulses propagating in decreasing and increasing gain distributed fiber amplifiers with finite gain bandwidths are investigated by simulating with the nonlinear Schrödinger equation. The results show that the parabolic pulse propagations in both the decreasing and the increasing gain amplifiers are restricted by the finite gain bandwidth. For a given input pulse, by choosing small initial gain coefficient and gain variation rate, the whole gain for the pulse amplification limited by the gain bandwidth may be higher, which is helpful to the enhancement of the output linearly chirped pulse energy. Compared to the decreasing gain distributed fiber amplifier, the increasing gain distributed amplifier may be more conducive to suppress the pulse spectral broadening and increase the critical amplifier length for achieving a larger output linearly chirped pulse energy.     

光孤子脉冲在增益色散和增益饱和非线性介质中的传播

本文获得了增益色散和增益饱和非线性介质中的光孤子脉冲的解析解。数值计算结果表明,在这类介质中光孤子脉冲传输是可能的,然而由于波传输的内禀特性,这种稳定传输被限制在较短的距离内。在高能量脉冲注入的情况下,光孤子脉冲将分裂为不同传输速度的多个光脉冲。     

啁啾脉冲多程放大及其逆问题的研究

利用非线性薛定谔方程和速率方程，研究了啁啾脉冲在增益介质中多程放大的特性. 在此基础上，利用分步傅里叶和迭代法对啁啾脉冲多程放大的逆问题做了研究和模拟，即在给定输出脉冲和多程放大系统参数的情况下，求出相应的输入脉冲波形. 有关结果对啁啾脉冲的多程放大及整形提供有用的理论参考. 关键词： 增益窄化 增益饱和 迭代法 逆问题     

各向同性光纤中拉曼增益对光脉冲自陡峭的影响

运用数学解析法导出了关于拉曼增益与自陡峭综合效应的光脉冲传输方程,在此基础上引入洛伦兹模型将拉曼增益整合到非线性系数中来研究光脉冲中拉曼增益对自陡峭效应的作用,重点分析了高斯脉冲在各向同性光纤中传播时,拉曼增益对其自陡峭效应具体影响方式,结果表明拉曼增益会减弱自陡峭中后沿偏移程度,减小脉冲展宽,但不会影响其峰值大小.     

色散条件下各向同性光纤中拉曼增益对光脉冲自陡峭的影响

基于光脉冲所满足的慢变函数,详细推导了包含拉曼增益的高阶非线性薛定谔方程,在考虑色散的条件下,运用分步傅里叶方法对其数值分析,进而模拟仿真了拉曼增益对高斯脉冲在各向同性光纤中传播时自陡峭效应的影响,并与不考虑拉曼增益的自陡峭效应作比较,从而得出拉曼增益在不同条件下对高斯脉冲自陡峭效应的具体影响方式.结果表明,拉曼增益会影响高斯脉冲的展宽、脉冲峰值衰减以及在前后沿的振荡,其影响程度与具体的自陡峭参数、脉冲功率和色散系数的大小有关.     

高功率微波天线增益测试方法研究

介绍了几种天线增益的测试方法,并根据高功率微波(HPM)天线的特殊性,提出了一种窄脉冲激励下HPM天线增益测试方法。利用直接功率测量方法,将窄脉冲信号源作为发射信号源,通过标定不同脉冲宽度下接收天线的最大接收功率,开展实验研究,测得窄脉冲条件下天线的增益值。测试结果表明:在脉冲宽度大于25 ns的微波脉冲激励HPM天线时,天线增益测试结果与连续波条件下天线增益测试结果相同。     

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。     

Influences of finite gain bandwidth on pulse propagation in parabolic fiber amplifiers with distributed gain profiles

The evolutions of the pulses propagating in decreasing and increasing gain distributed fiber amplifiers with finite gain bandwidths are investigated by simulations with the nonlinear Schr¨odinger equation. The results show that the parabolic pulse propagations in both the decreasing and the increasing gain amplifiers are restricted by the finite gain bandwidth. For a given input pulse, by choosing a small initial gain coefficient and gain variation rate, the whole gain for the pulse amplification limited by the gain bandwidth may be higher, which is helpful for the enhancement of the output linearly chirped pulse energy. Compared to the decreasing gain distributed fiber amplifier, the increasing gain distributed amplifier may be more conducive to suppress the pulse spectral broadening and increase the critical amplifier length for achieving a larger output linearly chirped pulse energy.     

拉曼增益对双折射光纤中孤子传输特性的影响

本文采用考虑拉曼增益的耦合非线性薛定谔方程,利用分步傅里叶方法求解并仿真模拟了光孤子脉冲在不同性质的双折射光纤中传输时的演化过程.结果表明,拉曼增益可以有效抑制非线性耦合导致的孤子漂移,同时会导致光孤子脉冲峰值在传输时不断增大,产生拉曼放大效应.拉曼增益也可以有效抑制双折射光纤中传输的相邻光孤子之间的相互作用.     

非共线相位匹配LBO晶体飞秒光参变放大器的研究

对非共线相位匹配LBO晶体飞秒光参变放大器进行了系统地分析和理论研究，用数值方法得出了非共线角、相位匹配角、增益和增益带宽之间的关系，给出了放大器设计的各种最优化参量。研究结果表明，这种参变放大器不仅可以实现较高的参变增益和获得极宽的增益带宽，还具有较大的参变允许角、较小的走离角和小的群速色散。因此这种参变放大器对于以纳秒级高功率激光作为抽运光，利用光参变啁啾脉冲放大（OPCPA）技术高效率参变放大飞秒脉冲产生10^12W甚至10^15W级的超强超短激光脉冲具有重要的意义。建立的理论模型具有普遍意义，也为其他类似的参变过程提供了重要的理论依据。     

水中受激布里渊散射微弱Stokes信号光的高增益放大

采用脉冲宽度为7.2 ns的种子光注入式倍频Nd:YAG脉冲激光器,以CS₂为放大介质,实验并理论研究了水中受激布里渊散射微弱Stokes光的信号增益随延迟时间、放大器池长、抽运光能量的变化规律. 结果表明,当抽运光脉冲相对信号光脉冲延迟进入放大器,且延迟时间为脉冲宽度的一半,抽运光能量略低于介质受激布里渊散射阈值,选择合适的放大器池长可获得最佳的信号增益. 适当选择抽运光能量,亦可实现微弱信号光的线性放大. 实验中采用独立双池放大系统,当水中Stokes信号光的能量为1 pJ时,信 关键词： 布里渊放大器 信号增益 延迟时间 抽运光能量     

调Q激光脉冲的腔内时间整形

在Ｎｄ：ＹＬＦ单纵横激光器腔内调Ｑ脉冲达到某个预定的强度之后，腔内引入附加的损耗使腔内增益与损耗相平衡，净增益为零，这时腔内光强维持恒定，激光器输出为准平顶时间整形调Ｑ脉冲。     

拉曼散射与自陡峭效应对皮秒孤子传输特性的影响

通过求解包含拉曼增益和自陡峭效应的高阶非线性薛定谔方程, 运用MATLAB模拟了拉曼增益和自陡峭效应共同作用对孤子脉冲在各向同性光纤中传输特性的影响, 结果表明, 自陡峭效应会导致孤子产生时域位移, 而且会使高阶孤子产生孤子分裂现象. 与此同时, 拉曼增益改变了孤子的传输特性, 抑制了自陡峭效应, 从而导致脉冲宽度增大、脉冲偏移程度减弱、高阶孤子分裂成基阶孤子所需的传输距离增大.     

X波段高功率微波辐射场测量角锥天线特性

 利用电磁仿真软件模拟了不同结构角锥喇叭天线的增益特性,选择了增益较低的角锥喇叭天线作为X波段高功率微波测量天线。同时,对角锥喇叭天线电磁脉冲响应、有无法兰和有无直波导进行了数值计算和实验研究。数值计算结果表明：角锥喇叭天线不会对20 ns短脉冲波形产生大的影响,能够用于短脉冲测量;法兰和300 mm直波导对角锥喇叭天线增益的影响小于0.2 dB。实验结果表明：角锥天线增益随频率变化无振荡现象,300 mm直波导对角锥喇叭天线增益的影响小于0.2 dB,方向图主瓣宽度约为50°,适用于测试环境较复杂的高功率微波辐射场测量。     

脉冲形状对脉冲经光纤放大器传输后功率增益的影响

基于描述脉冲放大过程的时间相关非线性辐射迁移方程,对不同形状脉冲经掺镱光纤放大器传输后的功率特性进行了分析,该方程同时考虑了光与介质的相互作用.数值结果表明,在相同的脉冲能量下,不同形状脉冲经放大器放大后的功率增益随入射脉冲形状不同而不同,并且功率增益的差异在脉冲前沿比较大.这使得放大器输出脉冲峰值向前沿的偏移量以及峰值功率的放大倍数都与脉冲形状有关.尤其是当入射脉冲的能量较大时,不同形状脉冲的峰值功率的放大倍数明显不同,以超高斯脉冲为最大,高斯脉冲、双曲正割脉冲次之,洛伦兹脉冲最小.     

Analysis of Gain Volume in Random Laser in a Spherical Multiple Scattering Medium

We performed numerical simulation of a random laser in a spherical multiple scattering medium in order to examine the saturation absorption in the excitation process and the resultant increasing process of the gain volume under the random laser action. The size of the gain volume increases with 1/3 power of the excitation pulse energy in the weak excitation region, and then approaches a critical value L_th when the excitation pulse energy is increased above the threshold. The dependence of L_th, as well as the dependence of the threshold excitation pulse energy on the dye concentration, transport mean free path, stimulated emission cross section and excited state lifetime were also examined. These results of the simulation well correspond to the experimental results by a two-beam spatial-correlation method.     

Further Acceleration of MeV Electrons by a Relativistic Laser Pulse

With the development of photocathode rf electron gun, electrons with high-brightness and mono-energy can be obtained easily. By numerically solving the relativistic equations of motion of an electron generated from this facility in laser fields modelled by a circular polarized Gaussian laser pulse, we find the electron can obtain high energy gain from the laser pulse. The corresponding acceleration distance for this electron driven by the ascending part of the laser pulse is much longer than the Rayleigh length, and the light amplitude experienced on the electron is very weak when the laser pulse overtakes the electron. The electron is accelerated effectively and the deceleration can be neglected. For intensities around 10¹⁹ W•μm²/cm², an electron's energy gain near 0.1 GeV can be realized when its initial energy is 4.5 MeV, and the final velocity of the energetic electron is parallel with the propagation axis. The energy gain can be up to 1 GeV if the intensity is about 10²¹ W•μm²/cm². The final energy gain of the electron as a function of its initial conditions and the parameters of the laser beam has also been discussed.     

中红外可调谐大能量飞秒脉冲激光产生

可调谐中红外飞秒光纤激光器具有非常普遍的应用,从而引起了人们的广泛关注。目前,非线性光纤中的拉曼孤子自频移效应是实现大范围可调谐飞秒脉冲激光的理想方法之一。然而,非线性光纤中其他高阶非线性效应的产生通常会限制拉曼孤子脉冲的能量提升。本文提出了利用有源掺杂光纤作为非线性介质和增益介质实现可调谐大能量中红外飞秒激光脉冲的方法。在理论上研究了有源掺杂非线性光纤中高阶孤子劈裂和孤子自频移效应的产生,以及线性增益对波长移动拉曼孤子能量、脉宽、光谱的影响。结果表明,通过为波长红移的低能量拉曼孤子提供线性增益,孤子脉冲的能量得到了显著提升且保持了其单脉冲特性,脉冲宽度为45 fs,且孤子脉冲的波长可通过所提供的增益进行大范围调谐。因此,利用有源掺杂光纤作为非线性介质是实现大能量可调谐中红外飞秒脉冲激光的一种有效方法。     

门控分幅相机增益衰减特性

 分析了分幅相机增益衰减的理论模型,利用Mathematica软件模拟了增益随电脉冲传输时间指数衰减的曲线图。根据增益衰减理论,设计了测量增益衰减系数的实验。实验结果表明：分幅相机的平均增益按0.024 9 mm^-1指数衰减,电脉冲沿微带线传输的电压幅值衰减系数平均为0.003 56 mm^-1。得出实验数据中单条微带上增益并不完全符合增益指数衰减规律,而是在最后一帧图的增益有所回升,分析得出这是由电脉冲在微带末端连接处的反射引起的。经多次测量,电脉冲在微带线末端的平均值反射比为24.2％。对增益衰减状况的改善提出建议：采用良导体制作传输线,选取介质损耗小和绝缘性能好的材料作为填充介质,合理设计MCP微带线的厚度、微带宽度及微带与输出面的间距则可减小分幅相机增益的衰减。     

相对论飞秒激光脉冲在真空中对预加速电子的加速

通过求解电子运动的相对论方程，发现预加速电子在超强超短激光脉冲的作用下可以获得很高的能量增益. 飞秒激光脉冲的上升沿在焦点附近的区域有效加速电子后，电子和光脉冲一起传播一段距离（远大于瑞利长度）后，激光强度变得很弱，从而使脉冲下降沿对电子的减速作用可以忽略不计，因此电子只经历加速过程而没有被减速，当电子和光脉冲分离时，电子获得了很高的能量增益. 当光强为10¹⁹Ｗ／cm² ，电子的初始能量为MeV量级时，电子的能量增益可以达到01GeV. 进一步讨论了电子的能量增益与电子的初始条件与激光脉冲的参数之间的关系. 关键词： 电子加速 飞秒激光脉冲 能量增益