透射型光折变体全息光栅对超短脉冲激光光束衍射的特性

在Kogelnik耦合波理论的基础上,考虑光栅记录介质的色散效应的影响,研究了光折变体全息光栅对不同偏振状态的超短脉冲激光光束衍射的性质,讨论了高斯型入射脉冲激光光束的谱宽与光栅的有效衍射谱宽之比不同时,衍射和透射光束的光谱宽度、时间宽度、波形和衍射效率的变化。结果表明,光栅的有效衍射谱宽受光栅参量及入射条件的影响,对衍射性质的影响很大,且在考虑光栅记录介质的色散效应时减小。当入射脉冲的偏振方向垂直于入射面时,光栅的有效衍射谱宽大于偏振方向平行于入射面的情形,衍射效率在入射脉冲宽度较大时小于偏振方向平行于入射面的情形;谱宽比较大时,衍射光束的时间分布曲线产生展宽和变形,且比偏振方向平行于入射面的情形展宽和变形得更加明显。     

大口径啁啾脉冲放大激光系统光的谱剪切分析

啁啾脉冲放大（CPA）技术为获得拍瓦级峰值功率和102^20W／cm^2高峰值聚焦功率密度提供了技术手段，从而使“快点火”成为可能。啁啾脉冲放大的原理是：超短脉冲激光先经过展宽器展宽，再进入放大器放大，最后放大脉冲经过压缩器压缩输出超短脉冲。展宽器和压缩器均由光栅对构成，展宽器通过引入正色散获得正啁啾脉冲，压缩器与展宽器共轭引入负色散补偿正啁啾获得超短脉冲输出。啁啾脉冲在展宽、放大和压缩中存在光谱剪切（或称光谱变化）和高阶分布，从而对输出脉冲时空特性产生影响。     

拼接光栅压缩器中光栅拼缝对脉冲信噪比的影响

针对平行光栅对结构的压缩器和圆形入射光束,建立了光栅拼缝所引起的光谱剪切的数学模型,并模拟了该光谱剪切对压缩脉冲信噪比的影响.与双曲正割型脉冲相比,光栅拼缝对高斯型脉冲信噪比的影响较小.随着光栅拼缝宽度的减小与光束口径的增大,压缩脉冲信噪比得到提高.对于确定的拼接光栅压缩器和光束直径,当脉冲中心波长与光谱剪切中心波长(...     

利用非线性Sagnac干涉法提高短脉冲信噪比

理论研究了影响Sagnac干涉法信噪比提升能力和效率的各项因素。通过控制脉冲的空间分布和衰减片透过率,能够有效提高Sagnac干涉法的效率。Sagnac干涉法提升信噪比的能力与入射脉冲的信噪比有关:入射脉冲信噪比越高,信噪比提升的量级就越大。在SILEX-Ⅰ超短超强脉冲激光装置上建立了实验平台。3 TW压缩器输出的超短超强脉冲光经衰减片进入Sagnac干涉仪,非线性介质为5 cm长的熔石英材料,衰减片透过率为55%。当入射脉冲能量为6.6 mJ时,利用三阶自相关仪测量得到脉冲的信噪比从使用Sagna干涉仪前的10-6提高到了10-7,此时出射脉冲的能量为1.6 mJ,效率为24%。该方法对光束口径没有限制,能够用于大能量条件下短脉冲信噪比的提升。     

Nonlinear Sagnac interferometry for improving signal-to-noise ratio of short pulse

理论研究了影响Sagnac干涉法信噪比提升能力和效率的各项因素.通过控制脉冲的空间分布和衰减片透过率,能够有效提高Sagnac干涉法的效率.Sagnac干涉法提升信噪比的能力与入射脉冲的信噪比有关:入射脉冲信噪比越高,信噪比提升的量级就越大.在SILEX-Ⅰ超短超强脉冲激光装置上建立了实验平台.3 TW压缩器输出的超短超强脉冲光经衰减片进入Sagnac干涉仪,非线性介质为5 cm长的熔石英材料,衰减片透过率为55％.当入射脉冲能量为6.6 mJ时,利用三阶自相关仪测量得到脉冲的信噪比从使用Sagna干涉仪前的10-6提高到了10-7,此时出射脉冲的能量为1.6 mJ,效率为24％.该方法对光束口径没有限制,能够用于大能量条件下短脉冲信噪比的提升.     

连续线性温度梯度场对啁啾脉冲放大系统中啁啾光纤光栅的色散调节效应

利用啁啾光纤光栅的温度可调谐效应,提出了一种新型的色散补偿方法.该方法使啁啾光纤光栅处于一个连续的线性温度梯度场中,通过调节啁啾光纤光栅两端的温度差,改变其色散量,实现在以啁啾光纤光栅为展宽器和以体光栅为压缩器的超快激光系统中对输出脉宽的连续精密调节,并通过实验验证这一方法的可行性.实验结果表明:沿着啁啾光纤光栅应用连续的温度梯度场,当温差从0℃到50℃变化时,可以连续地调节啁啾光纤光栅的色散参数.展宽器和压缩器之间的色散失配可以通过调节线性温度场的温度梯度得到补偿,避免了繁琐的脉宽优化步骤.本文是以啁啾体光栅为压缩器的光纤啁啾脉冲放大系统中通过调节施加在展宽器上的连续线性温度场的梯度,实现对啁啾脉冲系统中的色散失配进行精密调制的技术方案.     

啁啾光纤光栅的温度调谐特性研究EI北大核心CSCD

根据啁啾光纤光栅的温度可调谐性这一原理,提出通过控制啁啾光纤光栅的温度,改变其色散量,从而获得最小输出脉宽的方案,并通过实验验证了这一想法的可行性。利用啁啾光纤光栅作为啁啾脉冲放大(CPA)系统中的脉冲展宽器,用空间光栅对作为脉冲压缩器,通过压缩器为脉冲提供的负色散来补偿展宽器为脉冲引入的正色散。利用自相关仪测量压缩输出脉冲宽度随温度的变化情况,间接反映啁啾光纤光栅色散量随温度的变化情况。从实验所得数据可以得知,当温度从-7℃上升到50℃时,脉宽从1057fs先下降到764fs后又上升到910fs,共变化了439fs。在此过程中,随温度的上升,啁啾光纤光栅的色散由补偿不足变为过补偿。     

啁啾光纤光栅的温度调谐特性研究

根据啁啾光纤光栅的温度可调谐性这一原理,提出通过控制啁啾光纤光栅的温度,改变其色散量,从而获得最小输出脉宽的方案,并通过实验验证了这一想法的可行性。利用啁啾光纤光栅作为啁啾脉冲放大(CPA)系统中的脉冲展宽器,用空间光栅对作为脉冲压缩器,通过压缩器为脉冲提供的负色散来补偿展宽器为脉冲引入的正色散。利用自相关仪测量压缩输出脉冲宽度随温度的变化情况,间接反映啁啾光纤光栅色散量随温度的变化情况。从实验所得数据可以得知,当温度从-7℃上升到50℃时,脉宽从1057fs先下降到764fs后又上升到910fs,共变化了439fs。在此过程中,随温度的上升,啁啾光纤光栅的色散由补偿不足变为过补偿。     

OPCPA系统中光栅对不平行度对脉冲时间波形的影响

 利用光线追迹法和四阶龙格-库塔法分析了光参量啁啾脉冲放大系统中实际展宽器和压缩器所带来的各阶色散，并将其代入放大过程数值模拟了脉冲变化的情况，讨论了压缩器光栅对表面不平行、刻线不平行、信号光强度、泵浦光强度等因素对输出脉冲宽度和时间波形的影响。结果表明，光栅对表面不平行将引起脉冲宽度变大，且光栅顺时针旋转对脉冲宽度和波形影响更大。而光栅刻线不平行时，当仅考虑二阶色散时，夹角为0.8°时脉宽最小，考虑到三阶色散时，夹角为1°脉宽最小，且光栅顺时针和逆时针旋转对脉冲的作用相同。对实际OPCPA系统，当放大晶体材料及长度一定时，尽量调整压缩器光栅平行，信号光强度和泵浦光强度有一最佳值能使输出脉冲宽度达到最小。     

超高亮度激光系统中光栅对脉冲整形器失调对输出脉冲时间特性的影响

在较全面地给出光栅对脉冲整形器失调产生附加相位项表达式的同时，详细地讨论了展宽器失调的附加相位放大系统传输过程中的变化，并与压缩器失调特性作了比较，分析了这些失调对超高亮度激光系统输出脉冲及其聚焦场时间特性的影响，得到了确定光栅对脉冲整形器失调容限的基本原则。     

Optimization of grating size in chirped-pulse-amplification. laser system

We performed calculations for a chirped-pulse-amplification laser system with a sub-100-fs pulse duration including the finite size of gratings in an aberration-free stretcher/compressor design. Both the higher-order phase dispersion and the spectral clipping, which is due to the finite size of the optics in the stretcher and the compressor, are taken into account in the calculation. We discuss the influence of both phase dispersion and spectral clipping on the important parameters of the recompressed pulse, such as pulse duration, pulse contrast, and peak intensity, employing different phase-dispersion compensation methods. The calculations show that the use of a small compressor grating reduces the higher-order phase errors and smoothes the sharp spectral cut-off caused by spectral clipping in the stretcher, which consequently improves the pulse contrast ratio of the main pulse to the pedestal. Received: 1 April 2000 / Published online: 8 November 2000     

Efficient angular dispersion compensation in holographic generation of intense ultrashort paraxial beam modes

We experimentally demonstrate that small misalignments of the pulse stretcher or compressor of our chirped-pulse-amplification laser can precompensate for angular chirp when producing ultrashort paraxial beam modes with holographic gratings. Using this approach we can eliminate one of the two gratings needed in our 2f-2f setup [Mariyenko, Opt. Express 13, 7599 (2005)]. This allows for up to an order of magnitude more output power. We see our method as the next step in the production of intense exotic forms of ultrashort pulses, which can be used in the investigation of intense laser-matter interactions. In addition, we produce the first femtosecond (helical-)Ince-Gaussian beams.     

Study of dispersions on grating-pair compressor in the case of unparallel grooves

In this paper, we analyze the diffraction characteristics of grating-pair compressor in a chirped-pulse amplification (CPA) laser system, under the conditions that the grating surfaces are parallel while the grating grooves are unparallel. The optical path length of pulse passing through this system is derived. Then the second-, third- and fourth-order dispersions are calculated. The resulting dispersion relative errors compared with that the grating grooves, which are strictly parallel are shown. The vertical spectrum displacement in the output pulse has been calculated and shown quantitatively as function of the angle between the grooves. The results also show that gratings with low groove density are superior to that of high density ones, if the groove misalignment is unavoidable.     

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.     

High-repetition-rate regenerative thin-disk amplifier with 116 microJ pulse energy and 250 fs pulse duration

A thin-disk regenerative amplifier based on Yb-doped potassium yttrium tungstate is operated at 40 kHz with an output pulse energy of 116 microJ and a pulse duration of 250 fs. Dispersive stretching of the pulse during amplification instead of an external stretcher is used to avoid high peak intensities. The small amount of the laser active material in the amplifier inherent for the thin-disk laser design and a large beam radius in the Pockels cell reduce nonlinear effects further. Consequently the output pulses can be compressed to 250 fs using a pair of diffraction gratings.     

啁啾脉冲放大系统展宽压缩器各阶色散分析

 通过在光程差中增加相位校正项,重新推导了更为完善的压缩器各阶色散解析式。并对压缩器的各阶色散作了光线追迹的模拟计算,得到与解析式完全一致的计算结果,从而验证了解析式的正确性。基于解析式和光线追迹的方法,更加系统完善地对比较常用的Offner展宽器的各阶色散进行了研究,分析了入射角、光栅与凹面镜距离对其各阶色散及剩余各阶色散的影响。同时,还对非匹配的展宽压缩系统的剩余色散的影响因素进行了讨论。     

Application of unfolding technique to dispersion calculating of reflective grating dispersion delay lines in the chirped pulses amplifier

Dispersion delay lines (such as the compressor and the stretcher) consisting of reflective optical elements (mirrors and reflection diffraction gratings), are now widely used in chirped-pulse amplification technique. It is shown that for their calculations the unfolding technique can be applied. According to this technique, the dispersion of the compressor and the stretcher can be characterized by the "zero-distant pulse fronts" in their spatial chirps.     

高重复频率飞秒掺镱光纤放大器

 数值分析了掺镱单模光纤放大器的最佳增益光纤长度，并在实验上对掺镱单模光纤放大器和光栅对压缩器进行了研究。以最大平均输出功率为7 mW、重复频率为25.4 MHz、脉宽为56 ps的被动锁模环形腔掺镱光纤激光器作为种子脉冲，用250 mW的976 nm单模半导体激光器分别泵浦3种不同长度的掺镱单模光纤，对种子光进行放大，并用光栅对压缩器对放大后的脉冲在不同光栅距离上进行了压缩实验研究。当掺镱单模光纤长度为1.2 m时得到了较好的放大效果，种子脉冲被放大到140 mW，相应的增益为13 dB，放大后的单脉冲能量为5.5 nJ。在光栅距离为14.1 cm时获得了最短440 fs的脉冲，压缩后的功率为43 mW，相应的峰值功率为3.8 kW。     

基于大基模体积的10mJ飞秒钛宝石激光再生放大器

文章报导了基于大基模体积的高能量飞秒钛宝石激光再生放大器的设计与实验研究,在重复频率10 Hz、抽运能量60 mJ的激励下,得到了单脉冲能量17.4 mJ的种子脉冲放大结果,压缩后的脉冲宽度为40.6 fs,能量为13.9 mJ.借助于此大基模体积再生腔,仅增加一级多通放大,实现了峰值功率达1.9 TW飞秒激光脉冲输出.结果表明,大模体积再生放大不仅降低了后续放大对抽运能量的要求,也可以单独压缩实现再生腔直接输出10 mJ量级的飞秒激光脉冲,是大能量高峰值功率飞秒激光系统的优质前端.     

啁啾脉冲堆积宽带激光的时间与频谱特性分析

理论研究了啁啾堆积脉冲宽带激光时间与频谱特性与子脉冲参量的关系.结果表明,变换极限子脉冲堆积所得的脉冲平滑,频率啁啾型与时间啁啾型子脉冲堆积所得脉冲出现时间调制,平滑性变差,从频谱上看,前者出现单一谱线,而后者可看到多条谱线|随着子脉冲间延迟的增加,堆积脉冲由脉冲间干涉引起的时间调制增多,但幅度减弱,而频谱的谱线数量增加.所得结果可为适当地选择堆积脉冲参量以获得所需的时间与频谱形状的宽带激光提供参考.