用于飞秒脉冲放大器的马丁内兹展宽器与欧浮纳展宽器性能比较

用解析法针对多通和再生两种放大器，分别研究啁啾脉冲放大技术中马丁内兹展宽器和欧浮纳展宽器的特性和适用范围.我们认为在多通放大器和再生放大器中，马丁内兹展宽器均可以很好地补偿色散；如果使用再生放大器时需要将脉冲宽度展得更宽，可采用紧凑型欧浮纳展宽器. 关键词： 啁啾脉冲放大技术 马丁内兹展宽器 欧浮纳展宽器     

基于Herriott型多通结构的块材料展宽与棱栅对色散补偿的啁啾脉冲放大

本文报道了基于块材料展宽与棱栅对压缩的飞秒啁啾脉冲放大(chirped-pulse amplification,CPA)系统.展宽器采用基于Herriott型多通结构的块材料作为色散元件,压缩器采用透射光栅与色散棱镜组合的棱栅对,由于它可以同时提供负的二阶和三阶色散,通过优化光栅刻线与棱镜顶角,可以实现对放大器中材料的三阶色散完全补偿,获得更窄的压缩脉冲.实验中,将展宽后的脉冲注入到环形再生腔中进行放大,放大后的脉冲由棱栅对压缩到39.6 fs,非常接近傅里叶变换极限的35.2 fs.由于采用块材料展宽器和棱栅对压缩器,整个放大系统非常紧凑,可作为后续放大以及超快现象研究的可靠光源.     

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.     

反射式棱栅对展宽器用于啁啾脉冲放大激光的研究

在啁啾脉冲放大(CPA)系统中, 脉冲的展宽是实现安全有效放大的重要保证. 本文介绍了一种新型的由色散棱镜与光栅组合而成的反射式棱栅对展宽器. 并利用光线追迹法对色散进行了数值模拟, 测量实验结果验证了理论计算的正确性. 在此基础上, 分析了以棱栅对为展宽器和ZF7玻璃材料为压缩器的下啁啾(down-chirped)脉冲放大系统中的色散比较传统的上啁啾脉冲放大系统, 结果表明棱栅对可以同时提供负的二阶色散和三阶色散, 这样能更好地补偿放大器中材料的高阶色散, 从而获得近傅里叶变换极限的压缩脉冲. 此外以块材料作为压缩器不仅提高了传输效率, 而且简化了实验装置, 增强了系统的稳定性. 这样的展宽压缩组合在高重复频率的飞秒啁啾脉冲放大系统中具有明显优势. 关键词： 反射式棱栅对 啁啾脉冲放大 色散 飞秒脉冲     

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.     

皮秒脉冲传输系统中三阶色散补偿的研究

模拟了皮秒高斯光脉冲在理想的二阶和三阶色散都作了补偿的光纤链中的传输。结果表明,与二阶色散补偿能消除脉冲展宽一样,三阶色散补偿不仅能防止脉冲展宽,而且也能有效地消除脉冲边沿部的振荡结构和脉知的时移。文中画出了100Gb/s码率的64位高斯光脉冲序列在色散补偿光纤链中传输2000km后的眼图,由眼图的清晰程度可看出这种补偿系统对改善短脉冲传输的有效性。     

基于耗散孤子种子的啁啾脉冲光纤放大系统输出特性

以不同滤波器带宽下获得的全正色散光纤激光器耗散孤子作为啁啾脉冲放大(CPA)系统的种子脉冲, 研究了光栅对和光纤展宽器CPA系统输出脉冲的可压缩性. 结果表明, 对于大能量耗散孤子种子脉冲, 当CPA系统采用正色散光纤展宽器时, 光纤群速色散与自相位调制之间的相互作用不仅可抑制耗散孤子脉冲光谱调制的影响, 还可使脉冲在光纤展宽器中自相似演化, 从而可提高CPA输出脉冲的可压缩性. 通过优化光纤展宽器长度, 对于耗散孤子种子源, 采用光纤展宽器的CPA系统输出脉冲可压缩性与主脉冲所占脉冲总能量之比均优于采用光栅对展宽器时的情况.     

宽带光学参变啁啾脉冲放大系统的色散控制

在设计宽带光学参变啁啾脉冲放大系统时,对色散源进行了理论分析和讨论。对光学参变啁啾脉冲放大系统的色散量以及各个过程中的高阶色散对脉冲时域和频域特性的影响进行了计算。结果表明展宽器引入了非常大的色散,放大器中信号光相位变化产生的色散较大,参量晶体本身引入的色散相对较小可以忽略不计。输出脉冲宽度主要受二阶色散影响,而三阶和四阶色散主要影响脉冲的波形和信噪比,对频域影响很小。     

啁啾脉冲放大激光系统中展宽器色散的解析算法

时域色散精密控制是超短激光产生及其应用中的关键技术之一,它通过控制各波长的光程产生相对延迟从而改变脉冲宽度.展宽器是啁啾脉冲放大激光系统中对激光脉冲展宽的装置,基于光线追迹法研究光线在展宽器中的传输路径,可计算飞秒脉冲中各波长的光程,进而计算脉冲展宽量并应用于系统设计.由于展宽器的光程表达式复杂,直接对其求导获得色散表达式较困难,目前只能采用数值导数获得近似解,这在计算过程中会引入误差,不利于激光系统精确设计和优化.本文介绍了一种易实现的求解展宽器色散的解析算法,通过归纳展宽器光程表达式特点,引入四个基元函数,将光程表达式分解和反复代换,可得到高阶色散的精确解析值.本文首先对Martinez型展宽器重新光线追迹,获得与Offner型展宽器一致的相位表达式,其次通过解析算法获得了两种展宽器的精确高阶色散值,最后将解析算法与数值算法的结果进行了比较.该解析算法对于啁啾脉冲放大系统的参数设计具有实用价值.     

Temporal contrast improvement in chirped pulse amplification systems by a four-grating compressor and by spectral modifications

The quest for higher peak focused intensities and better temporal contrast drives one to improve the design of all possible stages of the chirped pulse amplification (CPA) system. In this paper, we have analyzed the role of dispersion and spectral profile on the temporal shape and contrast ratio of the output pulse of a CPA system. The simulations indicate that an initial sech² or a Gaussian pulse in the CPA system is best for a good contrast ratio. Incorporating a four-grating based pulse compressor in the CPA system improves the contrast as well as provides the flexibility to compensate the dispersion upto the fourth order. The simulations also detail the effect of spectral profile tailoring on the contrast ratio and peak power.     

Mutual compensation of higher-order dispersion in chirped pulse amplification system with regenerative amplifier

In this paper, based on ray tracing, the approach of mutual compensation that introduced properly the negative third-order dispersion to balance the higher-order dispersion in the chirped pulse amplification (CPA) system with regenerative amplifier is presented. A shorter pulse with near-transform-limitation can be generated by this method than by the conventional approach that zeros the second- and the third-order dispersion successively in the CPA system.     

High order dispersion control for femtosecond CPA lasers

Taking advantage of the temperature dependence of the refractive index, an arrangement is proposed for thermal control of dispersion of a chirped pulse amplification (CPA) laser. A glass slab, inserted into the Fourier plane of a stretcher or a compressor, having a spatially varying temperature profile across the beam ensures continuous variation of the spectral phase shift of the pulses. Model calculations are carried out to investigate the feasibility of the arrangement. As a demonstration, simple temperature profiles are created which compensate for the material dispersion of the thermal slab. In a proof of principle experiment it is proved that changes of spectral phase of femtosecond pulses follow the spatially varying temperature profile of a BK7 slab inserted into the compressor of a CPA system. Such a thermal slab is lossless, has a large spectral range, introduces no pixellation and exhibits a high damage threshold. Since it is easy to build into either the stretcher or the compressor of existing CPA lasers, it may become a promising candidate for high order dispersion compensation of high-power femtosecond laser systems. PACS 42.65.Re; 42.79.-e; 42.60.By     

Collimation effects on large CPA compressors

Modelling and analysis have been performed to show a link between laser collimation tolerances and dispersion effects in chirped pulse amplification (CPA) compressors. These show that an un-collimated beam can present itself as residual dispersion in a CPA system which uncorrected will have adverse effects on laser power and intensity. The techniques of shearing interferometry and beam propagation over large distances for setting beam collimation have been assessed for their limitations in measuring wavefront radii. An analysis of the sensitivity of CPA systems to non-collimated beams has been studied. This effect has been practically demonstrated for a high-power Nd:glass laser and the best techniques for alignment are discussed.     

啁啾高斯脉冲光束在正色散介质中的自聚焦特性

 采用分步法结合Hankel变换对修正薛定谔方程进行数值求解,通过数值计算对飞秒脉冲在非线性正色散介质中的自聚焦特性进行了简要分析。在此基础上,针对啁啾脉冲放大系统(CPA)中的啁啾高斯脉冲,对其全光束自聚焦特性进行了计算模拟和分析讨论。研究结果表明,群速度色散(GVD)对大啁啾脉冲的影响很小,谱宽对自聚集的影响可以忽略。因此,具有大啁啾的脉冲在非线性正色散介质中的自聚焦特性不同于飞秒脉冲,而与纳秒脉冲相似。     

基于铌酸锂双折射晶体的皮秒拍瓦激光系统光谱整形

为补偿皮秒拍瓦激光系统中钕玻璃宽带放大引起的增益窄化,提出了一种基于铌酸锂双折射晶体的高能量光谱整形方法.在相同强度调制下,对比了BBO、铌酸锂和石英3种晶体,针对1053 nm激光,选用了高双折射率、大口径且不易潮解的铌酸锂作为整形晶体.理论分析了晶体厚度、倾斜角、面内旋转角对强度调制的影响,发现它们分别决定调制的带宽、中心波长及深度.并对整形过程中晶体引入的光谱相位进行了分析,发现各阶色散量随晶体厚度、倾斜角、面内旋转角变化的规律,因此可通过上述参数控制各阶色散量.在此基础上,开展了中心波长为1053 nm、带宽为10 nm、调制深度为80%的光谱整形实验和相位测量实验,实验与理论分析相一致.针对神光Ⅱ皮秒拍瓦激光系统,利用上述整形方案,国内首次实现了1700 J, 6 nm (FWHM)的高能宽带激光输出,有效补偿了增益窄化.研究结果对国内基于钕玻璃放大系统的宽频带激光装置的工程研制具有重要意义.     

平行光栅对在刻线不平行时的色散研究

利用三维空间光线追迹法,分析了啁啾脉冲放大系统中的压缩光栅对,在刻线不平行而光栅面平行时光的衍射特性。导出了此时光通过光栅对的群延时,数值计算了系统2阶和3阶色散量,以及这些色散量在光栅对严格平行时的相对误差。得出了中心波长光的接收位置相对于光栅对严格平行时的偏移量,并且分析了它与入射角的变化关系。     

平行光栅对在刻线不平行时的色散研究

 利用三维空间光线追迹法，分析了啁啾脉冲放大系统中的压缩光栅对，在刻线不平行而光栅面平行时光的衍射特性。导出了此时光通过光栅对的群延时，数值计算了系统2阶和3阶色散量，以及这些色散量在光栅对严格平行时的相对误差。得出了中心波长光的接收位置相对于光栅对严格平行时的偏移量，并且分析了它与入射角的变化关系。