宏-微脉冲激光激发钠信标回波光子数的数值计算与探讨

当采用低功率的宏-微脉冲激光激发钠信标时, 尽管激光传输和钠信标光斑大小受到大气湍流影响, 但是钠信标具有回波光子数无起伏且激发品质因数高的优点. 除此之外, 宏-微脉冲激光激发钠信标还与激光的宏脉冲线型有关. 对于高斯线型的宏脉冲, 增大微脉冲的宽度有利于提高激发钠信标的品质因数和激发态概率. 为了获得更多的钠信标回波光子和较小的钠信标半径, 增大激光功率的同时要考虑良好的光束质量、适当的激光发射口径以及光谱宽度等影响因素. 因此, 优选宏-微脉冲激光的参数、发射口径、发射方式等对于激发优良特性的钠信标有着重要的现实意义.     

超短激光脉冲调制上转换放大

在超短激光脉冲倍频过程中，由于调制不稳定性而产生多色圆锥辐射. 在多色圆锥辐射的任 意方向上同步注入一束宽带种子光，可以得到相应频率的调制上转换放大. 放大的光脉冲的 中心波长在500 nm时单脉冲能量最大可至150 μJ并且具有60 nm的频谱宽度. 通过改变种子 光的入射角度而实现上转换放大中心波长的连续调谐，范围约为290 nm. 关键词： 调制上转换放大 调制不稳定性 多色圆锥辐射     

基于布洛赫方程的多色信标回波光子数数值仿真

信标技术历经了自然信标、瑞利信标、钠信标以及信标阵列的发展过程仍无法实现真正意义上的全天空覆盖,而多色信标是大口径地基自适应望远镜实现100%天空覆盖率的有效手段之一.但是现有的多色信标的仿真模型都存在着一定的不足,特别是对一级激发中间层钠原子形成多色信标的仿真模型无法准确计算出多色信标的回波光子数.本文提出了基于布洛赫方程的仿真模型,对一级激发中间层钠原子形成多色信标回波光子数进行数值仿真,充分考虑多普勒展宽、进出作用场、碰撞以及反冲作用的影响,并采用回光效率描述回波光子数的多少.仿真结果表明,存在最优的激光器线宽使得回光效率达到最大,若采用功率密度为10 W/m~2的激光器激发中间钠层,最优线宽为18 MHz,最大330 nm回光效率为0.907 Photons/[s·sr·atom·(W/m~2)].     

高能所光阴极驱动激光系统研制

能量回收型直线加速器(ERL)可能提供低发射度、高平均流强的连续电子束团,其电子枪的光阴极需要高重复频率、高平均功率的驱动激光系统。采用先进的光纤激光技术,特别是在激光系统中采用了掺镱光子晶体增益光纤,能实现高重复频率高平均功率激光输出。利用啁啾脉冲放大(CPA)技术,通过优化设计,将重复频率100 MHz和1.3 GHz的两套激光振荡源集成到同一个激光系统,整个激光系统的结构简化,使用方便。两种重复频率激光倍频效率分别达到50%和30%,绿光能达到5 W以上,满足光阴极实验平台的使用要求。     

飞秒激光离焦抽运熔融石英产生超连续白光的实验研究

利用飞秒激光在熔融石英介质中传输产生能量达数毫焦、波长范围覆盖400-900 nm 且光谱分布较为均匀的超连续白光,实验过程中将熔融石英介质离焦放置以避免被击穿. 研究了入射激光能量以及介质离焦距离对超连续白光特性的影响. 结果表明采用高能量的入射激光脉冲离焦抽运介质的方法能够有效避免介质 击穿损伤并提高超连续白光脉冲的能量输出.     

飞秒激光空气等离子体发射光谱的实验研究

对强飞秒激光聚焦在空气中所激发的等离子体的发射光谱进行了实验研究.结果表明,光谱特征表现为短波段(截至波长为340 nm)强烈的连续谱和长波段(波长在800 nm附近)强度相对较低的线光谱.在脉冲宽度(50 fs)保持不变而不断调节激光脉冲能量时,等离子体光谱形状的特征基本相似;当激光脉冲能量(1 mJ)保持不变而脉冲宽度从50 fs增加至500 fs和1 ps时,连续谱的峰值(500 nm)显得格外突出,并开始呈现出线光谱特征. 关键词： 飞秒激光 激光空气等离子体 发射光谱 线光谱     

高功率高重复频率多波长飞秒激光系统的研究

以大模场面积光子晶体光纤飞秒激光系统为基频光源,利用非线性频率上转换的方法,获得了高功率高重复频率多波长的飞秒激光脉冲.理论分析并实验验证了聚焦透镜的焦距对倍频光横向模场分布的影响,透镜焦距越长,模场质量越好.在基频光平均功率为218 W,脉冲宽度为110 fs,重复频率为50 MHz的条件下,经过二倍频、三倍频和四倍频获得波长分别为520,347和261 nm的飞秒激光,其平均功率分别达105,47和214 W.二倍频和三倍频的转换效率分别为482%和216%,二倍频到四倍频的转换效率为20 关键词： 超快光学 紫外飞秒激光 频率上转换 光子晶体光纤激光器     

超快激光在Yb:YAG内刻写双线型光波导的研究

研究了使用钛宝石放大器输出的重复频率为50kHz、中心波长为775nm、脉冲宽度为160fs的超快激光在掺镱钇铝石榴石(Yb…YAG)中刻写双线型光波导的过程。发现了波导具有偏振导光现象,偏振态平行于双线方向的激光可以导通,偏振态垂直于双线方向的激光不能导通。详细分析了双线间距、刻写速度和激光脉冲能量对波导形成的影响,在双线间距为30μm、刻写速度为400μm/s、脉冲能量为5.0μJ的条件下写入的光波导导光特性良好。利用近场模重建了该波导折射率二维分布,波导区域折射率相对于基质改变量的最大值为1.8×10-4,且该波导在940nm半导体激光抽运激励下,获得了1030.5nm的连续激光输出,激光功率为4.7mW。     

飞秒激光在光子晶体光纤中产生超连续光谱机制的实验研究

报道了利用零色散在780nm处的光子晶体光纤与纳焦耳量级的飞秒激光脉冲相互作用的实验结果.实验使用35fs，中心波长810—840nm，单脉冲能量可达14nJ的飞秒激光光源获得了超过一个倍频程的平坦超连续光谱（500—1100nm）.在不同功率、不同中心波长、不同啁啾和有无直流成分的多种飞秒脉冲激光的条件下，研究了超连续光谱的产生情况.并对一系列现象进行了对比，分析了超连续光谱产生的机制. 关键词： 光子晶体光纤 飞秒脉冲激光 超连续光谱     

基于束流相空间拍频产生锁模自由电子激光的物理机制研究

提出基于束流相空间拍频产生锁模多色自由电子激光的方案,利用带有能量啁啾的电子束流和上海软X射线自由电子激光装置（SXFEL）上的两个调制段-色散段结构,在束流中通过拍频形成多个流强脉冲串,并在此基础上进行高次谐波辐射,产生锁模多色自由电子激光辐射脉冲。模拟结果表明,利用264 nm的种子激光,可在束流中形成18次谐波的群聚分量,并能最终产生中心波长约14.58 nm的锁模多色FEL辐射。     

Versatile Raman fiber laser for sodium laser guide star

Robust high‐power narrow‐linewidth lasers at 589 nm are required for sodium laser guide star adaptive optics in astronomy. A high‐power 589 nm laser based on Raman fiber amplifier is reported here, which works in both continuous‐wave and pulsed formats. In the continuous‐wave case, the laser produces more than 50 W output. In the pulsed case, the same laser produces square‐shaped pulses with tunable repetition rate (500 Hz to 10 kHz) and duration (1 ms to 30 μs). The peak power is as high as 84 W and remains constant during the tuning. The laser also emits an adjustable sideband at 1.71 GHz away from the main laser frequency for better sodium excitation. The versatility of the laser offers much flexibility in laser guide star application.     

High-power and wavelength-tunable operation of an Er,Yb fiber laser using a volume Bragg grating

Efficient high-power operation of double-clad Er,Yb-doped fiber lasers with fixed-wavelength and wavelength-tunable resonator configurations using volume Bragg gratings for wavelength selection are reported. The fixed-wavelength laser yielded a maximum output power of 103 W at 1552.6 nm with a linewidth of ~0.4 nm (FWHM) for a launched pump power of 290 W at 976 nm. The wavelength-tunable laser could be tuned from 1528 to 1550 nm with a linewidth of 0.2 nm (FWHM) and with output power in the range 30-38 W for a launched pump power of 120 W. The prospects for further improvement in performance are considered.     

脉冲单频Nd:YVO4激光器及其倍频输出特性研究

为了研制激光干涉成像所需的主振荡功率放大(MOPA)结构脉冲单频激光器,本文完成MOPA激光器的种子源即声光调Q脉冲单频1 064 nm激光器的特性研究,同时完成种子源腔外倍频绿光特性研究。脉冲单频激光器采用声光调Q模块实现脉宽约20 ns的1 064 nm脉冲激光输出,采用环形腔设计并采用一组不同厚度的标准具实现单纵模运转。实验研究基频1 064nm和倍频532 nm激光脉冲的线宽,得出在全脉宽范围内都具有较高时间相干性的结论。实验分别获得脉宽约28 ns峰值功率约6.5 kW的1 064 nm脉冲单频激光和脉宽约20 ns、峰值功率约0.5 kW的532 nm脉冲单频激光,腔外倍频效率为5.6%。实验同时也验证了腔外倍频的激光脉宽压缩效应。     

LD-end-pumped 60 pm linewidth Tm:YLF laser

Narrow linewidth continuous-wave Tm:YLF laser at room temperature with a Volume Bragg grating and double Fabry-Perot etalons by using the end-pumping configuration was presented. The Tm:YLF laser operates at 1907.3 nm with FWHM of approximately 60 pm. We achieved the maximum output power of 1.92 W when the incident pump power of 13.9 W, corresponding to the optical-to-optical conversion efficiency of 13.8% and slope efficiency of 16.4%.     

近距离激光外差探测光学极限位移分辨率

通过统计理论和维纳-辛钦定理推导出激光外差探测系统光电流的功率谱函数,分析了光电流谱线分布与激光光源线宽、中频信号频率以及信号光相对本振光传输延迟时间的关系,修正了相关文献中光电流功率谱的理论公式.根据信号与噪声理论建立了激光线宽引起的相位噪声的一维概率分布模型,并据此得到了基于激光波长、探测距离以及激光线宽的极限位移分辨率的数学模型.对光电流的功率谱和外差光学极限位移分辨率进行了相关的数值仿真,结果表明延迟时间与相干时间的关系决定光电流谱线分布的情况.当激光波长为532 nm,激光线宽在1 kHz,探测距离为100 m时,光学极限位移分辨率为0.266 nm,相关文献中的实验数据与理论推导结果相符合.     

周期极化KTiOPO4晶体和频单块非平面环形腔激光产生连续单频589nm黄光

单次通过周期极化KTiOPO₄晶体和频单块非平面环形腔1064 nm与1319 nm激光产生连续单频589 nm黄光. 通过琼斯矩阵模拟计算对单块非平面Nd:YAG晶体参数进行了优化设计, 实验获得1080 mW和580 mW的连续单频1064 nm和1319 nm激光输出. 两束激光单次通过周期极化KTiOPO₄晶体和频产生14.8 mW, M²=1.14的589 nm黄光, 相应的和频效率为0.9%. 研究了周期极化KTiOPO₄温度对和频效率的影响, 得到其温度接收带宽为1.5℃. 通过改变1064 nm Nd:YAG晶体的温度可实现589 nm黄光波长精确对应钠原子D_2a吸收谱线, 调谐精度达到0.164 pm.     

半导体泵浦射流型亚稳态氩激光国际首次出光北大核心CSCD

半导体泵浦亚稳态惰性原子激光是高能光泵浦气体激光领域具有潜力的新方案。已有报道均在约束的放电空间内产生亚稳态原子,功率放大受到多因素制约。为突破现有方案的局限,采用大气压等离子体射流方式在羽流区域产生高浓度亚稳态氩原子(1014 cm^(−3)量级),将放电和激光区域空间分离,利用811 nm窄线宽半导体激光器作为泵浦源,基于泵浦、激光和气流相互垂直的结构实现912 nm激光输出,有效拓展了该型激光体系的功率定标放大能力。     

Influence of laser linewidth on performance of Brillouin optical time domain reflectometry

The effects of optical sources with different laser linewidths on Brillouin optical time domain reflectometry (BOTDR) are investigated numerically and experimentally. Simulation results show that the spectral linewidth of spontaneous Brillouin scattering remains almost constant when the laser linewidth is less than 1 MHz at the same pulse width; otherwise, it increases sharply. A comparison between a fiber laser (FL) with 4-kHz linewidth at 3 dB and a distributed feedback (DFB) laser with 3-MHz linewidth is made experimentally. When a constant laser power is launched into the sensing fiber, the fitting linewidths of the beat signals (backscattered Brillouin light and local oscillator (LO)) is about 5 MHz wider for the DFB laser than for the FL and the intensity of the beat signal is about a half. Furthermore, the frequency fluctuation in the long sensing fiber is lower for the FL source, yielding about 2 MHz less than that of the DFB laser, indicating higher temperature/strain resolution. The experimental results are in good agreement with the numerical simulations.