高功率激光多程放大器的三维反演方法

针对高功率激光多程放大的三维反演问题,提出了基于修正增益迭代算法结合输入输出积分能量曲线法和基于修正输入脉冲的正向迭代算法。利用这两种方法对有增益分布的四程放大进行数值模拟验证,计算结果表明这两种迭代算法都是有效可行的,都可得到输入脉冲时空分离的三维强度分布。计算所得输出脉冲与需求值基本相同,输出能量的相对偏差小于10~(-7),第一种方法功率波形的相对偏差小于1%,第二种方法功率波形的相对偏差小于10~(-6),很好地解决了由放大饱和效应引起的时空演化畸变。第一种方法主要依靠正逆模型的自洽性,相对直观;第二种迭代算法引入反馈因子,所得结果的精度较高、拓展性强。     

高功率固体激光性能仿真模型

为实现高功率固体激光装置的能量平衡和功率平衡,开发了激光性能仿真模型为神光-Ⅲ原型装置的运行提供实时预测。模型能够确定系统参数设置(注入能量、注入脉冲波形和参数诊断衰减设置等)。注入能量的预测采用基于以往实验数据的放大曲线拟合方法。平顶脉冲的注入波形预测采用循环迭代算法,整形脉冲波形的预测采用增益-通量曲线法。参数诊断衰减设置是通过基于SG99光传输放大模型的全光路模拟计算实现。对原型装置的仿真表明,能量预测偏差在5%以内; 基频光束间能量分散度可控制在10%以内。模型已成为神光-Ⅲ原型装置运行仿真的有效工具。     

多程放大中激光脉冲交叠放大的物理建模与计算方法

建立了多程放大中激光脉冲在增益介质中交叠放大的物理模型, 并提出相应的计算方法. 物理模型中考虑了脉冲前后沿对增益介质中反转粒子数的共同消耗. 研究认为模型在延时系下的数据递推方式无法求解交叠放大问题. 通过建立新的时空坐标系, 解决了交叠放大过程的数值求解问题. 基于此物理模型和计算方法, 模拟计算了双程放大时脉冲时间波形与腔镜位置的关系. 关键词： 物理模型 放大 腔镜 增益饱和     

不同波形脉冲激光的时域误差对相干合成的影响

相干合成技术是实现高功率、高亮度光纤激光系统的重要技术途径.然而, 脉冲激光阵列中常常存在时域误差,这将影响脉冲激光的相干合成效果. 建立了脉冲激光存在时域误差时的相干合成理论模型,并在不同波形(方波、三角波、正弦波) 的脉冲激光存在时域误差时,对相干合成光束在远场的脉冲波形、峰值功率、 光强分布和桶中功率(PIB)等特性进行了数值计算和对比分析.计算结果表明: 方波脉冲激光相干合成光束的脉冲波形受时域误差影响严重,光强分布和PIB随着时域误差 的增大发生线性变化;三角波脉冲激光相干合成光束的脉冲波形和峰值功率受时域误差 影响严重,光强分布和PIB在时域误差较大时随着时域误差的增大发生较为剧烈的变化; 正弦波脉冲激光相干合成光束具有较好的输出特性,在两路正弦波脉冲激光相干合成中, 将两脉冲之间的时延控制在脉冲持续时间的10%以内,就能取得良好的合成效果.     

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     

激光脉冲前后沿相干叠加对多程放大的影响

针对多程放大过程中激光脉冲经腔镜折返前后沿交叠的问题,建立了激光脉冲在增益介质中前后沿相干叠加放大的物理模型.理论分析表明,脉冲前后沿完全相干叠加形成驻波场,使得反转粒子数出现烧孔效应,影响输出脉冲的增益和波形.基于此物理模型,模拟计算了脉冲在多程放大过程中波形的演化,比较了不交叠、完全非相干叠加和完全相干叠加三种情况下对放大器的增益和对脉冲波形的影响.为高功率固体激光器的设计提供指导.     

神光-Ⅲ原型装置初步的激光脉冲整形实验

针对物理实验要求的三台阶整形脉冲(脉冲宽度比为1.5 ns:1ns:0.5 ns,幅度比为1:4:16),在神光-Ⅲ原型(TIL)装置上开展了脉冲时间波形整形实验研究。首先,针对发射目标利用激光性能仿真模型预测注入激光系统的激光能量和脉冲波形。然后,在脉冲整形后进行不同功率的激光发射对脉冲波形进一步修正:利用实验测量的频率转换效率修正各光束1ω能量和1ω脉冲波形;通过拟合实验测量的能量数据修正注入激光能量;通过增益-通量曲线修正注入激光脉冲波形。最后,将各束注入脉冲波形再次折中作为脉冲波形调整的最终依据。实验结果表明,对靶面要求的3ω-3 ns-0.5 kJ(单束)的三台阶整形脉冲,8束脉冲波形与要求比较一致;三个台阶的束间瞬时均方根功率不平衡分别约为30%,10%和5%。     

多程脉冲激光放大器的宽带放大逆问题研究

宽带放大逆问题对于研究高功率激光系统的放大性能十分重要。将极化强度时域解析法应用于亚纳秒量级的宽带放大研究，通过Gerchberg-Saxton(GS)和遗传算法的混合算法，详细模拟和研究了脉冲激光的宽带放大逆问题，即给定输出脉冲的时间和空间分布，结合放大系统参数，逆向反演注入放大器脉冲的时空波形。极化强度时域解析法应用于宽带放大具有计算耗时少的优点，混合智能算法简化了激光放大器的逆问题模型，加快了逆问题求解的收敛速度。     

掺铒光纤环镜中超短光孤子的放大与压缩Ⅰ.基本原理

用常规掺铒光纤放大器放大超短光孤子存在一个重大困难 ,就是在放大过程中光纤非线性效应会引起孤子波形及频谱畸变 ,使得输出脉冲不再具有孤子特性 ,从而影响系统性能。提出一种利用掺铒光纤环镜放大超短光孤子的新方法 ,数值计算表明 ,该方法不仅可实现无畸变的光孤子放大 ,而且能同时实现孤子宽度的有效压缩。当宽度为 2 ps的基阶孤子经过长度为 92 .6m、增益为 14 .4dB的环镜后 ,其峰值功率被放大 16 5倍 ,脉冲宽度被压缩到 0 .19ps ,时间带宽积为 0 .30 3,脉座能量仅占整个脉冲能量的 3.8% ,表明由环镜输出的放大脉冲很大程度上具有基阶孤子特性。     

单脉冲飞秒激光时域参数测量技术研究

钛宝石飞秒激光放大系统具有重复频率低、脉冲波形复杂等特点,为准确测量其峰值功率,提出对单次脉冲波形和脉冲宽度测量的需求。介绍了单脉冲飞秒激光时域波形和脉冲宽度的测量原理和测量方法,设计了基于频率分辨光学开关法的单脉冲飞秒激光时域参数测量装置。讨论了单脉冲飞秒激光时域参数测量校准面临的问题及解决方法。     

高稳定激光脉冲波形精密调控技术研究与应用

提出了基于激光脉冲波形精密调控和能量稳定性控制的双回路同步闭环设计方法,进而在任意波形发生器与预放大系统输出处建立脉冲波形闭环控制系统,在保偏大模场光纤放大器和再生放大器间建立能量稳定性闭环系统。依托大口径高通量实验平台,实现了激光脉冲波形的快速高稳定精密调控,脉冲波形闭环精度优于2%（RMS）,脉冲能量稳定性优于5%（PV）。该技术成功应用到物理实验正式发射中,常规整形脉冲波形的功率准确度优于2%,相关结果有力支撑了ICF激光驱动器激光参数精密调控设计。     

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。     

1 kHz-0.1 TW高效率钛宝石激光放大器

介绍了一种高重复频率掺钛蓝宝石飞秒激光多通高效率放大系统.在抽运功率为23 W，入射功率为660 mW时，获得7.2 W的放大输出，放大效率达30%.经压缩器压缩后，获得单脉冲能量4.5 mJ,脉冲宽度为 38 fs，重复频率为1 kHz，峰值功率大于0.1 TW的超短超强激光脉冲. 关键词： 飞秒脉冲 高重复频率 啁啾脉冲放大     

激光系统三维放大计算模型研究

基于激光脉冲在增益介质中的放大过程建立了三维放大模拟计算模型,该模型将自由空间传输与光线追迹放大相结合。在增益介质内抽运储能分布具有三维特点、离轴多程放大结构等复杂情况下,该模型能真实模拟放大后输出光束的近场分布。利用该三维放大模型针对一个12程激光二极管抽运钕玻璃放大系统进行模拟计算,计算结果准确地反映了输出光束近场分布。在此模拟结果的基础上能进一步优化多程放大光路。     

高功率脉冲在大模场掺Yb3+光纤中的自相似传输放大特性

分析了高功率脉冲在增益光纤中传输放大时非线性薛定谔方程的自相似解,得出注入光的脉宽和能量满足一定关系时,优化增益光纤的长度,才能满足种子光脉冲在增益光纤中的自相似传输放大.揭示了高功率种子光脉冲在光纤中自相似演化的特征参量.此外,模拟了注入能量为400 pJ,脉宽为200 fs,波形分别为正割、高斯以及3阶超高斯的种子光脉冲在纤芯为30μm的大模场增益光纤中的传输放大特性.结果表明3种波形的种子光脉冲的时间波形与光谱均演化为抛物形,时间波形与光谱均发生展宽,但光谱两侧均发生抖动.自相似传输放大后,脉冲为线性啁啾,易于压缩,对实现全光纤高功率超短脉冲产生系统具有重要意义.     

高功率激光整形脉冲波形控制技术

 针对神光-Ⅲ原型装置物理实验要求的三台阶整形脉冲（三个台阶的脉冲宽度比为1.5∶1.0∶0.5,强度比为1∶4∶16,脉冲总能量为500 J）,并根据该装置的系统构成和具备任意脉冲整形技术,开展了高功率激光整形脉冲波形控制技术研究,通过对基频光段的增益饱和效应和三倍频光的频率转换过程的分析,获得了脉冲时间波形在传输、放大及频率转换过程中的一些变化特点,在此基础上建立了一套简单的预测模型。经过反复迭代计算和多次全系统联机实验获得了实验结果,并在物理实验中得到了应用,初步形成了高功率激光整形脉冲波形的控制方法。     

修整放大池对双布里渊放大池控制脉冲波形的影响

在传统独立双池结构的受激布里渊相位共轭镜系统中,引入修整放大池,采用主放大池与修整放大池相结合的双布里渊放大池放大控制脉冲波形.主放大池控制脉冲的整体波形,而修整放大池对脉冲波形,特别是脉冲前沿进行微调.修整放大池池长对双布里渊放大池放大控制脉冲波形的影响进行了理论研究和实验验证,得到了不同情况下脉冲波形随双池间距的变化规律.研究表明修整放大池池长决定放大光前沿的放大效率,是控制脉冲波形的重要参量.     

双向泵浦钛宝石的四通放大器

 由多通放大器的理论计算了脉冲的放大特性,并进行了钛宝石的四程放大实验。当输入信号光为1mJ时,通过四程放大,获得了20mJ的脉冲输出。     

基于深度学习的光纤超短脉冲啁啾放大研究

全光纤超短脉冲啁啾放大技术在激光技术和超快光学领域备受关注。针对传统数值方法分析光纤中超短脉冲啁啾放大过程存在计算量大、效率低等问题,采用深度学习方法开展全光纤超短脉冲啁啾放大过程建模研究。首先分析脉冲啁啾参量等参数对超短光脉冲传输过程的影响。预训练设计的深度神经网络模型,分析网络对不同初始脉冲啁啾参量的预测精度,进一步探索了不同初始脉冲半峰全宽、峰值功率和啁啾参量等复杂情况下网络的泛化性及预测精度。本研究拓宽了数据驱动方法在激光行为预测方面的应用,为光纤中超短脉冲的特性研究提供了新思路。     

XeCl准分子激光能量提取研究

在高功率准分子激光系统建设中,希望能获得较短的脉冲宽度和尽量多的激光能量。实验研究了不同注入水平下,脉冲时间间隔对脉冲链放大波形和放大器提取效率的影响;基于四能级速率方程和准分子反应动力学建立了准分子激光放大模型,计算了多种注入方式下种子光的放大过程,对关键参数给出了量化描述,得到与实验相符的计算结果。研究结果显示:脉冲序列间隔为9.3ns时,可获得约95%的连续注入情形下放大能量;对该准分子激光系统来讲,9.3ns是比较合适的脉冲间隔。