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     

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。     

利用ND-DDF放大器获得更佳线性啁啾抛物线脉冲

基于在正常色散渐减光纤（ND-DDF）或者正常色散光纤放大器，获得线性啁啾抛物线脉冲，提出并分析了利用ND-DDF放大器获得线性啁啾抛物线脉冲的优化方案．数值研究结果表明：与用ND-DDF或者正常色散光纤放大器获得线性啁啾抛物线脉冲的方案相比，利用ND-DDF放大器获得的抛物线脉冲的线性啁啾更为明显；研究还发现，增益影响着线性啁啾的大小和质量．计算表明，利用ND-DDF放大器产生的抛物线脉冲经啁啾补偿后可获得更大的压缩因子和更高的峰值功率．     

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。     

提高飞秒超强激光脉冲对比度的新方法

文章在简要描述飞秒超强激光脉冲对比度有关概念及其测量方法的基础上,介绍了空间滤波和时间滤波,以及提高注入脉冲种子对比度和强度的技术,环形腔放大技术,光参量啁啾脉冲放大技术（OPCPA）,双啁啾脉冲放大技术（DCPA）,采用高阶非线性晶体滤波等几种提高对比度的新方法和新技术.采用这些方法和技术,在最近一两年的时间里,人们成功地将多年来徘徊在106量级的飞秒超强激光脉冲对比度,提高到了1011的新水平,从而为强场物理的研究提供了更为理想的光源.     

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.     

使用马丁内兹展宽器的啁啾脉冲放大器特性研究

导出了使用马丁内兹展宽器的啁啾脉冲放大（CPA）系统的相位解析表达式，用此公式讨论了展宽器中各参数对系统的影响，并用此方法优化了实际的CPA系统- 关键词： 马丁内兹展宽器 啁啾脉冲放大系统 相位修正因子 优化     

光参量啁啾脉冲放大的逆问题

针对光参量啁啾脉冲放大的逆问题,即如何在给定输出信号光脉冲波形的前提下,通过计算得到输入信号光脉冲波形,提出了相应的计算模型和方法.以分步傅里叶变换和四阶龙格-库塔法为基础,通过数值拟合等方法,建立了输入-输出信号光强之间的定量关系.分别以预期输出信号光脉冲为啁啾高斯脉冲以及具有特定形状的整形脉冲为例,通过逆算得到了相应的输入信号光脉冲波形.研究结果表明,该逆算方法具有原理简单、计算快速准确等优点,可为激光脉冲整形设计提供参考. 关键词： 光参量啁啾脉冲放大 逆问题 啁啾脉冲 脉冲整形     

初始啁啾补偿光纤色散效应的适用范围

以啁啾高斯脉冲在单模光纤中的传输为例,分别就线性初始啁啾对光纤二阶和三阶色散的补偿进行了系统的理论分析和数值计算,结果表明：线性初始啁啾对光纤的二阶色散（线性色散）有一定的补偿作用,但不能有效地用于三阶色散的补偿.     

40 Gb/s窄脉冲预啁啾归零码色散管理传输

通过数值计算的方法，对40Gb/s带有预啁啾和无啁啾的窄脉冲归零码在色散管理光纤链路中的传输特性进行了比较，计算发现，脉冲的预啁啾会与光纤的高阶色散共同作用，并增强高阶色散对传输的影响，只有在高阶色散得到很好补偿以后，窄脉冲带啁啾的归零码（CRZ）的传输特性才会好于无啁啾的归零码。对不同的入射脉冲条件和传输链路参量存在相应的预啁啾最佳值。     

光载超宽带脉冲雷达信号传输性能研究

采用双并行马赫曾德尔调制器产生高斯脉冲一阶微分和二阶微分型超宽带脉冲雷达信号和光载无线电传输技术,通过仿真研究了两种超宽带脉冲雷达信号在标准单模光纤中的传输特性.结果表明,高斯脉冲一阶微分型脉冲随着传输距离的增大而不断展宽,而高斯脉冲二阶微分型脉冲则先压缩后展宽.经100km标准单模光纤传输之后,在传输终端采用色散补偿光纤对传输信号进行不同程度的色散补偿,可获得满足美国联邦通信委员会规范要求的不同宽度高斯脉冲一阶微分和二阶微分型脉冲信号.     

光载超宽带脉冲雷达信号传输性能研究

采用双并行马赫曾德尔调制器产生高斯脉冲一阶微分和二阶微分型超宽带脉冲雷达信号和光载无线电传输技术,通过仿真研究了两种超宽带脉冲雷达信号在标准单模光纤中的传输特性.结果表明,高斯脉冲一阶微分型脉冲随着传输距离的增大而不断展宽,而高斯脉冲二阶微分型脉冲则先压缩后展宽.经100km标准单模光纤传输之后,在传输终端采用色散补偿光纤对传输信号进行不同程度的色散补偿,可获得满足美国联邦通信委员会规范要求的不同宽度高斯脉冲一阶微分和二阶微分型脉冲信号.     

超短双曲正割脉冲的两种脉冲宽度比较

利用理论推导和数值模拟方法,给出了超短双曲正割脉冲较为严格的均方根脉冲宽度与通常使用的半高全宽脉冲宽度的解析表达式,并对两种脉冲宽度进行了比较.研究结果表明,对于亚周期（半高全宽脉冲宽度小于一个光学振荡周期）双曲正割脉冲,均方根脉冲宽度与半高全宽脉冲宽度有较大的差异,并且绝对相位对均方根脉冲宽度的影响很大.所以描述亚周期双曲正割脉冲时应该使用更加严格的均方根脉冲宽度.     

整形高功率激光装置的任意电脉冲发生器设计(英文)

基于GaAs场效应管电压控制电流和开关的特性,设计了一种任意电脉冲发生器,并成功应用于激光脉冲整形装置。该电脉冲发生器利用超宽带窄脉冲触发多个GaAs场效应管,产生多路负脉冲,通过模拟延时线依次将各路负脉冲延迟一定时间后经微带线耦合输出多路负脉冲叠加的波形;通过多路不同幅度的脉冲堆积效应来获得形状任意可调的整形电脉冲。为了满足惯性约束聚变(ICF)实验中对电脉冲幅度不能过小的要求,在电路的输出端接入增益可调的超宽带电压放大器,使脉冲幅度达到实验要求。利用设计的任意电脉冲发生器实现了脉冲幅度0～5 V可调、脉宽0～10ns可调、时域调节精度为330 ps,整形方波脉冲下降沿为330 ps、上升沿为240 ps。实验结果表明,将产生的电脉冲注入光波导调制器,可获得理想形状的整形激光脉冲,提高激光脉冲的输出能量。     

Ultra-short optical pulse shaping using semiconductor optical amplifier

Optical ultra-short pulse compression and amplification using semiconductor optical amplifier (SOA) is presented. Using pump-probe pulse configuration, we present an SOA model which includes the nonlinear effects such as, spectral hole burning (SHB), carrier heating (CH), two-photon absorption (TPA) and group velocity dispersion (GVD) taking into account gain spectrum effect. Then by adjusting time delay between the pump pulse and probe pulse we use the model for simultaneous compression and amplification of probe pulse. We also analyze the four wave mixing (FWM) signal during pulse compression process. It is shown that dispersive effect of GVD on output probe pulse becomes more important for larger cavity length and probe-pump pulses relative time delays.     

Femtosecond pulse generation using stimulated Raman scattering in integrated silicon optical waveguide device

To generate ultrafast femtosecond optical pulses, we propose a model of an integrated device consisting of a Mach-Zehnder interferometer (MZI) with two symmetric 3 dB directional couplers and a straight waveguide based on the single-mode silicon-on-insulator (SOI) optical waveguide. The principle of pulse generation in the presented device is based on the strong stimulated Raman scattering (SRS) in silicon; the center wavelength of the pulse generated is tunable by changing the center wavelength of the co-propagating pump pulse. Numerical results show that, when a continuous wave (CW) with a weak power at 1670 nm wavelength and a pump pulse with a high peak power at 1550 nm wavelength are co-propagating, a narrow femtosecond pulse with a pulse width (full width at half maximum, FWHM) of ∼60 fs (FWHM of the pump pulse is 166.5 fs) can be achieved in the device proposed. In addition, when the waveguide length, pump peak power, and pump-pulse width are fixed, the properties of generated femtosecond pulse depend strongly on the incident chirp of the pump pulse and the CW power.     

Proposal and analysis of a reconfigurable pulse shaping technique based on multi-arm optical differentiators

We propose and numerically investigate an optical pulse re-shaping method based on multi-arm ultrafast optical differentiators. In this approach, the desired (arbitrary) optical pulse shape is synthesized by coherently overlapping different successive time derivatives of an input optical pulse (not necessarily a Gaussian-shape pulse), including the input pulse itself, with suitable relative weights. Time derivatives of (sub-)picosecond pulses can be obtained using first and higher-order ultrafast optical differentiators practically implemented with integrated waveguide or fiber-based linear filtering technologies. Different output pulse shapes can be generated from the same platform by properly programming the relative weights among the different pulse derivatives. The effective bandwidth of the output waveform is not necessarily limited by the input pulse bandwidth but rather it depends on the highest derivative order used for the pulse synthesis. Our results reveal that interesting transform-limited pulse shapes (including flat-top and parabolic waveforms) can be synthesized from Gaussian-like (e.g. Gaussian, sech) pulses using a simple and practical three-arm ultrafast differentiation system with amplitude-only relative weights.     

一种改进的核磁共振测井测量脉冲序列

提出了一种可以提高核磁共振测井测量速度的新型测量脉冲序列,它基于对原有CPMG测量脉冲序列的改进.在原有的测量序列中,在一个CPMG脉冲序列结束之后,直接进行等待(T₁延时),以使磁化强度矢量能够完全恢复到平衡位置,然后再进行下一个CPMG脉冲序列的测量.由于测井仪器的连续运动,在测量含有长T₁成分的地层时,等待时间需要取得较长,使得测井速度很低.但在实际地层中,恰恰又是油气的T₁较长,这无疑给核磁共振测井带来了麻烦.作者发现,如果在一个CPMG脉冲序列结束之后在-x方向先施加一个90°脉冲(或在x方向施加一个270°脉冲),再进行等待,就能更好地使长T₁成分得到极化,从而缩短等待时间、提高测量速度.文中对这种改进后的脉冲序列进行了计算和分析,证明它确实具有一定的优越性.     

强短脉冲辐照叠加态原子增强阿秒脉冲强度

采用强短激光脉冲辐照叠加态原子提高孤立阿秒脉冲的强度。数值研究表明,与强短脉冲 (脉冲宽度只有几个光学周期的超短脉冲）辐照基态原子获得孤立阿秒脉冲相比,采用叠加 态原子的方案不仅同样可以获得孤立的阿秒脉冲,而且阿秒脉冲的强度得到显著增强。     

振放双池受激布里渊散射相位共轭镜的脉冲波形研究

受激布里渊散射应用到激光驱动器中，就要考虑脉冲的变形。针对上升前沿２ｎｓ的毫 秒泵浦脉冲，在其脉冲前沿根部引入缓慢上升的的预脉冲后，研究振放双池受激布里渊散射相位共轭镜所产生的受激布里渊散射脉冲波形。