整形种子脉冲克服放大过程中增益窄化效应的研究

对飞秒脉冲放大中通过整形种子脉冲光谱补偿增益窄化效应的过程进行了数值模拟;对比研究了普通种子脉冲放大过程和整形种子脉冲放大过程中的光谱增益特性;定义了带宽窄化率;讨论了初始啁啾量对注入种子脉冲及增益窄化效应的影响.计算结果表明：借助整形种子光谱可理想地补偿啁啾脉冲放大中的光谱窄化效应. 关键词：     

Yb:CaYAlO4再生放大器

阿秒科学是驱动超强超快激光往高平均功率和短脉冲宽度方向快速发展的动力之一.本文针对高重复频率阿秒光源的实际需求,开展了基于国产Yb:CaYAlO₄晶体的再生放大理论和实验研究.在理论研究中,根据Yb:CaYAlO₄晶体的热透镜计算结果,设计了热稳定性良好的模式可调再生腔;并对晶体π和σ偏振的放大输出能量和光谱进行计算.在此基础上,开展了Yb:CaYAlO₄晶体不同偏振性质的再生放大实验研究.在晶体π偏振的实验中,获得了平均功率16.1 W、单脉冲能量1.61 mJ、光谱中心波长1030 nm、光谱半高全宽16 nm的放大输出,压缩后的激光脉冲宽度为149 fs,压缩效率为92.1%,峰值功率大于9.5 GW.在σ偏振获得了平均功率28.7 W、单脉冲能量2.87 mJ、光谱中心波长1037 nm、光谱半高全宽11 nm的放大输出,压缩后的激光脉冲宽度为178 fs,压缩效率为91.5%,峰值功率大于14.2 GW,光束质量因子M² <1.2.以上研究结果实现了目前Yb:CaYAlO_4...     

SG-Ⅲ原型装置数十nm宽带数kJ输出能力评估

利用现有窄带激光传输模拟软件SG99和宽带激光传输模拟软件CPAP,以及自编的一维光脉冲传输放大的逆算程序,评估了原型装置在主放基本结构不动的情况下激光脉冲由窄带改为宽带,实现数十nm宽带条件数kJ的输出能力。宽带下增益窄化效应显现,对光谱增益窄化补偿也进行了研究。结果表明,为了补偿增益窄化效应,在3J主放注入能量下通过对光谱整形可满足系统2000~3000J的输出,但损失约40%的注入能量。考虑到这一因素,预放级至少要有5J的输出能力。研究结果指导了数十nm宽带倍频激光驱动实验系统研制实施方案。     

Yb:CNGG有源反射镜的多程放大特性研究

高效、高平均功率固体纳秒脉冲激光器在光电对抗、激光雷达、材料改性、激光加工等诸多领域发挥着越来越重要的作用,然而目前大多数纳秒级高平均功率激光器采用Yb:YAG或掺Nd材料作为增益介质,材料的高饱和通量或低储能密度会导致激光器放大链路复杂,体积庞大。研究比较了一种更适合作为高平均功率、高脉冲能量激光器增益介质的无序石榴石晶体Yb:CNGG,研究了有源反射镜结构中Yb:CNGG的多程增益特性,分析了放大过程并建立了多程放大模型,在一定的泵浦条件下优化了晶体参数以实现更好的储能。开展了双程放大实验,在15 kW/cm²的泵浦功率密度下得到了1.53倍的增益。对比Yb:CNGG晶体与Yb:YAG晶体的多程放大能力,在相同的晶体参数和泵浦条件下,在入射能量1 mJ时Yb:CNGG可实现2.11 J的脉冲能量输出,优于Yb:YAG晶体1.41 J的能量输出。     

光子晶体光纤非线性光谱特性的理论与实验研究

光子晶体光纤具有特殊的导光机制和结构可调性,可以产生奇异的色散特性及高非线性,为非线性光纤光学领域的研究提供了新的条件。受多种非线性光学效应的共同作用,在不同泵浦光脉冲参数条件下,不同结构参数及传输特性的光子晶体光纤能产生丰富的非线性光谱。利用分步傅里叶方法求解非线性薛定谔方程,模拟飞秒激光脉冲在光子晶体光纤中的传输过程,获得输出光谱与入射光脉冲参数(泵浦光峰值功率P、泵浦光波长λ、光脉冲形状、光脉冲宽度T_FWHM)、光纤结构参数(孔间距Λ、空气填充比d/Λ、光纤长度z)、传输特性(色散、非线性系数)的关系,分析拉曼孤子、色散波、自相位调制等非线性效应产生的光谱特性。利用光子晶体光纤包层节区进行非线性光学实验研究,获得了孤子波和色散波的宽带光谱输出。理论分析与实验测量的光谱中都包括了波长0.5 μm附近可见光波段的蓝移色散波、0.82 μm波段的剩余泵浦光、1.1 μm波段的孤子波、2 μm附近的红移宽带色散波。理论分析与实验测量结果一致,阐明光子晶体光纤中非线性光谱产生的物理原理,实现了对宽带光谱的可控输出,为高非线性光子晶体光纤的结构设计、制备及非线性光谱的应用研究奠定基础。     

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     

高功率超短脉冲激光系统中用AOPDF实现增益窄化补偿的实验研究

超短脉冲激光系统中，足够宽的带宽是获得超短脉冲的先决条件.高增益放大器，特别是再 生放大器的增益窄化效应严重制约着输出激光脉冲的时间特性.将可编程声光色散滤波器(AO PDF)应用到高功率激光系统中，能有效地克服增益窄化效应.实验表明，再生放大器的光谱 宽度由未应用前的27?nm增加到了44?nm，压缩脉冲的宽度减小了一半，从而也使峰值功率 提高了一倍. 关键词： 超短脉冲 增益窄化 光谱整形 可编程声光色散滤波器     

超短脉冲在放大介质中传输特性研究

利用非线性薛定谔方程,详细研究了放大介质的增益窄化和增益饱和效应对超短脉冲在放大介质传输特性的影响,以及传输过程中B积分的影响.在此基础上,对超短脉冲放大系统的逆问题进行了研究,即在给定放大系统参数和满足物理实验要求的输出脉冲波形前提下,求出相应的输入脉冲波形.     

啁啾脉冲的光谱整形

为了获得更高功率的输出激光脉冲,需要将注入到主放大链的种子脉冲进行光谱整形来补偿放大过程中的增益窄化效应.利用展宽器中啁啾脉冲的光谱具有空间排布的特点.采用石英晶体平凸透镜空间光强度调制器间接地实现窄带激光脉冲的光谱整形,在展宽器的输出端获得了光谱呈平顶分布的种子啁啾脉冲.通过调节偏振片的透偏方向,可方便地调谐输山脉冲光谱的形状.     

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.     

近红外波段宽带时间低相干光参量放大技术

在激光驱动惯性约束核聚变研究中,具有宽带、低相干特性的时间低相干光源将有望降低激光与等离子体相互作用的不稳定性,成为新一代激光驱动装置的有力竞争者。实现高功率低相干光放大输出是低相干光驱动器能否应用于惯性约束聚变领域的核心。光参量放大具有大带宽、高增益、无热效应等优势,可避免能级型放大介质的光谱窄化问题,是实现宽带低相干光放大的有效方案。系统阐述了宽带时间低相干光参量放大技术的原理和技术特性,并基于实验验证了采用非共线相位匹配的近红外波段宽带时间低相干光级联参量放大过程,最终实现7×10⁷的放大增益和13.19%的转换效率。     

微弱光信号瞬态布里渊放大器的最佳工作点

为提高瞬态布里渊放大器的工作性能,利用包含噪声的瞬态布里渊放大理论模型数值模拟了放大器的信噪比、灵敏度、能量转换效率及信号放大率随指数增益系数G的变化规律,获得了放大器的最佳工作点G_opt.采用倍频Nd:YAG脉冲激光器,以CS₂和FC-72为非线性介质进行了实验验证.结果表明,抽运光脉冲相对于信号光脉冲延迟脉冲宽度的一半进入放大器时,G_opt可设在介质受激布里渊散射阈值增益G_th之上.对于共线型布里渊放大结构,G_opt为Gth的1.1—1.3倍;对于非共线型结构,G_opt可超过G_th1.3倍,实现近饱和放大.     

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     

皮秒拍瓦激光系统宽带激光放大的精确模型和性能分析

为准确分析皮秒拍瓦激光系统的频域放大特性,通过引入钕玻璃实际受激发射截面,建立了宽频带激光放大的精确模型,对比分析了常用高斯线型近似的不足.针对神光II高能拍瓦激光系统,分析了不同线型下,注入种子的光谱形状、中心波长以及能量稳定性对放大系统的影响.结果表明:实际线型会加剧增益窄化效应;对于107增益,光谱将窄化为3 nm,系统累积B积分增大至1.7;窄化效应降低了注入种子中心波长的要求,增益饱和会使输出能量稳定性提升近一倍.在上述基础上,进行了宽频带激光放大的实验研究,对于注入的10 nm (FWHM)超高斯、1054 nm中心波长、3%(RMS)稳定性的参量放大种子,实现了1900 J、中心波长1054.2 nm、谱宽3 nm的输出,发次能量稳定性<1.8%,与分析结果一致.本文结果将对国内基于钕玻璃的高能宽带激光装置建设和改进提供重要的参考依据.     

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     

碱土氟化物离子晶体中点缺陷形成能计算

基于以前通过经验参数化途径得到的碱土氟化物电子壳模型参数和离子间互作用势参数,计算了CaF₂,SrF₂和BaF₂晶体中点缺陷形成能．计算并对比了SrF₂和BaF₂的声子色散曲线与非弹性中子散射实验数据,再一次复验了经验参数集的质量. 关键词：     

高质量高效率高稳定性参量放大光产生的研究

针对光参量放大实验中存在的参量转换效率低、输出光脉冲形状畸变和输出稳定性差等问题进行了详细研究，对注入信号光强、抽运光耗尽、增益饱和、和频过程等因素对参量过程的影响进行了详细分析讨论，并进行了光学参量放大的实验研究.理论和实验研究结果表明通过优化选择合适的注入信号光强、抽运光强和晶体长度等参数，使参量放大运行在深度增益饱和状态的稳定区，完全可以获得高质量高效率高稳定性的参量放大输出光. 关键词： 光参量放大 抽运光耗尽 增益饱和 稳定性     

用于惯性约束核聚变激光驱动器的激光二极管抽运Nd,Y:CaF_2激光放大器的实验研究

对Nd,Y:CaF_2晶体作为激光放大器的增益介质进行了报道.研制了一台采用激光二极管面阵五向水平侧面抽运Ф5 mm×70 mm Nd,Y:CaF_2的激光放大器,对其进行了实验研究.测量了Nd,Y:CaF_2晶体的吸收谱、发射谱、以及放大器的荧光分布.在相同的抽运功率下,测量了Nd,Y:CaF_2与Nd:Glass放大器分别工作在10 Hz和1 Hz重复频率时的小信号增益,在抽运功率为9.63 kW时,Nd,Y:CaF_2放大器的小信号增益达6.12,为Nd:Glass的1.5倍.与Nd:Glass相比,Nd,Y:CaF_2晶体的重复工作频率不仅大大提高,而且增益性能也更强.测量了种子光和经Nd,Y:CaF_2放大器后的光谱,能量放大前后光谱几乎无变化.     

LD端面抽运c切Nd:YVO4自拉曼倍频589 nm黄光激光研究

报道了LD端面抽运c切Nd:YVO₄自拉曼倍频黄光激光器的研究. 采用10 mm长,二类临界相位匹配角 (θ=69°,ø=0°)切割的KTP晶体作为倍频晶体. 考虑到c切Nd:YVO₄跃迁截面较小,所以通过对谐振腔及晶体膜系的严格设计,减少腔内插入损耗和衍射损耗. 最终在脉冲重复率为10 kHz,抽运功率为11.2 W下,获得了最高570 mW的倍频黄光激光输出,对应抽运光到倍频黄光的转化效率约为 关键词： 拉曼激光 c切Nd:YVO₄')" href="#">c切Nd:YVO₄ 589 nm 黄光激光     

脉冲CO2激光器的多频动力学模型

建立了适用于各种气压下(20×133—20×10⁵ Pa)的脉冲CO₂激光器的六温度多频动力学模型，该模型考虑了增益谱线重叠效应，序列带、热带的影响，以及非洛伦兹线型效应.对模型进行数值求解可以预言和解释不同气压下的脉冲CO₂激光器的输出特性，有助于评价不同的抽运设计和研究可调谐特性，为设计脉冲CO₂激光系统提供理论支持. 关键词： 2激光器')" href="#">CO₂激光器 激光动力学 六温度模型 增益谱线重叠