太瓦飞秒脉冲激光峰值功率测量装置及测量不确定度分析

超短超强脉冲激光（飞秒强激光）具有极高的峰值功率,在激光惯性约束聚变、高能物理、激光微加工等领域具有广阔的应用前景。飞秒脉冲激光峰值功率是评价超短超强脉冲激光系统性能的重要参数。介绍了基于光谱相位相干直接电场重构法的太瓦量级飞秒脉冲激光峰值功率测量方法、测量装置组成和工作原理,搭建了一套太瓦量级的飞秒脉冲激光峰值功率测量装置,分析和讨论了影响太瓦激光峰值功率测量结果的测量不确定度分量来源和主要因素。测量峰值功率的重复性为2.9%,测量不确定度达到17.6%(k=2),有效解决了太瓦量级飞秒激光峰值功率测量问题。     

100 TW级超短超强钛宝石激光装置

 介绍了基于啁啾脉冲放大（CPA）技术的100 TW级钛宝石激光装置SILEX-I。SILEX-I装置主要包括飞秒振荡器、Offner展宽器、多级放大器、以及对应的脉冲压缩器和靶室等。该装置可以输出5,30,100 TW级3个功率段,并分别配套相应的靶室系统,可以满足多种物理实验的需求。目前该装置的末级输出峰值功率达到286 TW,脉宽29.8 fs,靶面聚焦功率密度达到3.36×1020 W/cm²。     

一种基于集成光学声光作用的新型光谱分析仪特性分析

介绍了一种基于集成光学声光相互作用原理的集成光学光谱分析仪,与传统光栅光谱仪相比具有体积小,精度高的特点.在理论上分析了这种光谱仪的基本原理、色散本领和分辨本领.给出了实验测量装置原理图,并在试验中对He:Ne激光器和多模半导体激光器输出光谱进行了测量,得到了理想的结果.     

基于可调谐飞秒激光的光学特性测量装置

随着激光技术的快速发展,激光光源在光谱辐射和光学特性测量中得到了广泛的应用。与传统的灯光源相比,激光光源具有高功率、宽光谱和极低的波长不确定度等优点。建立了一套基于宽波段可调谐激光光源的光电探测器响应定标装置,其中激光光源的光谱覆盖范围为190 nm～4000 nm,激光脉冲宽度约130 fs,重复频率约80 MHz。为了避免高峰值功率脉冲光对探测器定标的影响并提高测量的线性度,利用光纤的固有特性成功研制了一种可将脉冲光转换成连续光的转换器。同时基于激光光源搭建了一套激光准直和扩束光路,在波长λ=550 nm时得到了非均匀性为0.29%的单色均匀辐射场。该单色均匀辐射场在高精度的探测器定标应用中具有重要的作用,围绕其搭建的定标测量装置在计量领域具有一定的参考价值。     

弹载脉冲光源有效光强空间分布测量装置研究

研究了脉冲光源有效光强空间分布的Blondel-Rey法,采用复合梯形数值积分实现了瞬时光强的测量,并对高色温光源测量时的光谱失配校正进行了分析。构建了基于双反射镜同步测量原理的脉冲光源有效光强空间分布测量装置,详细分析了全空间分布式旋转平台、脉冲光强探测系统、光谱失配校正用高分辨率光谱仪等重点组成部件。采用高色温调制光源对测量装置进行了校准。最后,对该装置的测量不确定度进行了分析,其扩展不确定度可以达到3.0%。     

超短激光脉冲的空间展宽及其啁啾特性研究

本文讨论了具有一定频谱宽度的超短激光脉冲经过一对平行光栅后的空间展宽特性.首先应用经典的光栅方程推导了脉冲光经过光栅对后在空间上展宽的计算公式.结果表明随着光栅对之间距离的增加,输出脉冲光斑的横轴长度会随之增加,理论结果与实验结果基本一致.最后利用光纤光谱仪逐点测量了展宽后脉冲光斑的空间光谱分布特性,验证了其空间啁啾特征的出现.     

大型激光装置束间同步抖动的高精度测量

在多路激光组合使用的大型激光装置中,需要对不同链路输出的激光进行严格的同步控制,以获得更高能量和更高强度的激光脉冲。介绍了利用光谱干涉方法测量大型激光装置中束间同步抖动的基本原理,分析了光谱仪分辨率、束间固有同步延迟等参数对测量精度的影响。在实验上第一次基于光谱干涉方法获得了国内典型的大型激光装置(神光-Ⅲ原型装置)束间同步抖动数据。实验结果表明,神光Ⅲ原型装置的束间同步抖动优于2ps。该方法与目前常用的方法(光电管结合示波器测试方法或者条纹相机测试法)相比具有更高的精度。实验获得的结果为超高峰值功率激光相干合成技术路线和相关误差控制方案的选取提供依据。     

斩波法在激光微能量计标定中的应用

针对激光微能量测量的问题,提出一种激光微能量计标定新方法与装置。研究内容包括使用稳功率连续激光作为光源,通过基于斩波的脉冲发生器组件产生微能量的脉冲激光,分别使用脉冲宽度测量组件与功率测量组件进行采集、软件分析,计算微能量值及通过比对给出待标定能量计的修正系数,计算机自动控制。结果表明,该方法获得的脉冲激光波形稳定,脉冲宽度测量不确定度为0.08%,激光功率测量不确定度为0.25%,实现了对0.1 pJ～1 mJ的激光能量进行准确复现和传递。     

紫外ICCD相对光谱响应度测量技术研究

光谱响应度是探测器的重要技术参数之一,随着紫外探测技术的发展,精确测量紫外探测器的光谱响应度变得越来越重要。文章分析了紫外ICCD(UV-ICCD)相对光谱响应度的测量原理,采用了直接比较法测定待测探测器的相对光谱响应度,并基于具有优异紫外响应能力的科研级光谱仪建立了UV-ICCD光谱响应的测量装置。实验获取了UV-ICCD的相对光谱响应度曲线,从曲线中可以看出,UV-ICCD光谱响应范围为220～300 nm,峰值响应在270 nm附近,表明该器件具有日盲特性。不确定度分析结果显示,UV-ICCD相对光谱响应度测量的最大不确定度约为7.79％,满足测量要求。     

基于数字微镜器件的光谱可调谐光源

以300 W高稳定性氙灯、前置聚光镜、凹面光栅平场单色仪、可编程控制的数字微镜器件(DMD)、后置聚光镜和积分球构建了光谱可调谐光源实验装置,进行了光源光谱辐亮度检测实验,获得了宽带和窄带模式下光源的光谱辐亮度测量结果。所研制的光谱可调谐光源实验装置可根据需要,通过编程控制,输出具有不同光谱分布的光辐射,表明了编程改变光源光谱分布的可操作性。     

超短电子脉冲在聚焦强激光场中的三维有质动力散射

采用三维测试粒子模拟(test-padicle simulation)的方法，研究了聚焦的飞秒脉冲强激光与超短电子束进行有质动力的散射过程.详细讨论了超短电子束经过不同激光延迟下有质动力散射的空间分布特征和能谱特征.提出了通过测量电子束的空间分布和能谱分布实现对超短脉冲电子束的脉冲宽度测量的方法. 关键词： 有质动力散射 聚焦的飞激光 飞秒电子束     

多层介质膜脉冲宽度压缩光栅与超短脉冲作用时的性能分析

基于啁啾脉冲放大技术的超短脉冲激光系统是提供超快、超强激光的重要途径，具有良好输出波形和高损伤阈值的多层介质膜脉冲宽度压缩光栅是获得高峰值功率脉冲激光的关键. 基于傅里叶谱变换方法和严格模式理论，分析了多层介质膜光栅(MDG)在超短脉冲作用下的光学特性. 结果表明，当MDG的反射带宽小于具有高斯分布的入射脉冲的频谱宽度时，-1级反射脉冲呈非对称高斯分布，其前沿出现振荡，并且-1级反射脉冲能量开始剧烈下降. 讨论了MDG结构参数对其反射带宽的影响. 分析了MDG与超短脉冲作用时的近场光分布，对提高其抗激光损 关键词： 脉冲压缩光栅 傅里叶谱变换 模式理论 损伤阈值     

Trends in ultrashort and ultrahigh power laser pulses based on optical parametric chirped pulse amplification

Since the proof-of-principle demonstration of optical parametric amplification to efficiently amplify chirped laser pulses in 1992,optical parametric chirped pulse amplification(OPCPA)became the most promising method for the amplification of broadband optical pulses.In the meantime,we are witnessing an exciting progress in the development of powerful and ultrashort pulse laser systems that employ chirped pulse parametric amplifiers.The output power and pulse duration of these systems have ranged from a few gigawatts to hundreds of terawatts with a potential of tens of petawatts power level.Meanwhile,the output pulse duration based on optical parametric amplification has entered the range of fewoptical-cycle field.In this paper,we overview the basic principles,trends in development,and current state of the ultrashort and laser systems based on OPCPA,respectively.     

超高强度激光脉冲压缩用衍射光栅

衍射光栅是超高强度激光脉冲压缩器的核心元件之一，其高衍射效率、高损伤阈值和大尺寸的苛刻要求是普通商业光栅所远远不能满足的，文章对高强度激光超短脉冲压缩用衍射光栅的基本要求、主要类型、研究现状进行了综述。     

基于皮秒时间分辨的癌细胞荧光寿命研究

研究了用于癌症诊断与治疗的光敏剂血卟啉(hematoporphyrin derivative,HPD)的超快光动力学过程,采用超短脉冲激光光谱技术和皮秒时间相关单光子计数系统,测量了经血卟啉培养的活体癌细胞与正常细胞的皮秒时间分辨荧光光谱及荧光峰值强度随时间衰变曲线,观测到：癌细胞与正常细胞样品荧光寿命的快成分分别为150和300 ps;癌细胞与正常细胞的荧光峰值强度经12 h分别衰减10%和55%。经对测量所得的荧光衰减曲线进行分析,计算出癌细胞与正常细胞的荧光寿命分别为824和1798 ps;血卟啉在癌细胞与正常细胞样品中滞留时间分别为17天和6天。结果表明癌细胞与正常细胞对血卟啉亲和性及对血卟啉滞留的稳定性有显著差异,测量结果确认了荧光光谱技术诊断与治疗癌症的可行性,并对实时监测生物样品微弱超快荧光具有重要的指导意义和临床应用价值。     

Reduced-background gas-phase absorption spectroscopy

We propose and demonstrate a new method for single-shot multiplex absorption spectroscopy that permits enhanced sensitivity in the simultaneous measurement of multiple spectral lines in rapidly changing gas-phase media, such as turbulent flames. It uses an ultrashort laser pulse that propagates through the absorbing medium, for which the relevant absorption information resides in the free-induction decay that is trailing behind the transmitted pulse. Time gating out most of the transmitted pulse, but not the free-induction decay, enhances the relative fraction of light that contains absorption information when the spectrum is measured. This procedure reduces the background associated with the input light, thus enhancing detection sensitivity.     

Femtosecond pulse parametric amplification at narrowband high power gas laser pumping

In ultrashort pulse amplification a narrowband gas pump pulse laser has been used for the first time. An all-stage optical parametric chirped pulse amplifier (OPCPA) was driven by a single-shot iodine photodissociation laser. For the first time a broadband amplification was achieved in potassium dihydrogen phosphate crystal at 800 nm seeding. Ti:sapphire laser pulses stretched from 12.5 fs to 250 ps were amplified and compressed to 27 fs at a 0.5 TW output power. The results suggest using narrowband high power gas lasers as OPCPA drivers to generate petawatt beams.     

High average and peak power femtosecond large-pitch photonic-crystal-fiber laser

We report on the generation of high-average-power and high-peak-power ultrashort pulses from a mode-locked fiber laser operating in the all-normal-dispersion regime. As gain medium, a large-mode-area ytterbium-doped large-pitch photonic-crystal fiber is used. The self-starting fiber laser delivers 27 W of average power at 50.57 MHz repetition rate, resulting in 534 nJ of pulse energy. The laser produces positively chirped 2 ps output pulses, which are compressed down to sub-100 fs, leading to pulse peak powers as high as 3.2 MW.     

光纤激光器直接输出的高功率贝塞尔超短脉冲

构建了一种能够直接输出高功率贝塞尔超短脉冲的光纤激光放大器. 该方案基于在光纤端面特殊设计和制备的微型负轴锥镜, 针对常规超短脉冲光纤激光放大系统所设计, 不需要引入其他分立整形器件, 避免了目前基于轴锥透镜产生贝塞尔光束的通用方法所带来的额外烦琐准直工作, 极大简化了产生贝塞尔光束的方法. 其中的微型负轴锥镜由聚焦粒子束刻蚀法在一段掺镱大模场光子晶体光纤的端面制备, 它和光纤激光系统中的固有准直透镜构成了集成化的光束整形器件. 基于数值模拟结果成功搭建的系统与理论设计一致, 直接输出了在米量级具有高度准直无衍射特性的啁啾皮秒贝塞尔超短脉冲波包, 平均功率高达10.1 W, 对应脉冲能量178 nJ, 经过光栅对压缩后脉冲宽度可达140 fs. 关键词： 衍射 超短脉冲产生 光纤器件 光纤激光器     

Interaction of femtosecond pulses of a two-harmonic Ti:Sapphire laser with liquid media

The interaction of ultrashort laser pulses having wavelengths of 400 and 800 nm with liquid media, including organic solutions, has been experimentally studied. It is shown that transparent drops evaporate and boil (with partial mass ejection in the form of vapor and liquid fragments) in the field of ultrashort light pulse. A large-scale change in the spectrum of laser pulse during its interaction with a water particle is revealed. This change is caused by self-modulation of the light phase due to the Kerr optical nonlinearity of liquid and the formation of plasma. Filamentation in continuous liquid media is analyzed; specifically, the dependences of the number of filaments, the lasing spectrum width, the nonlinear-focusing distance, and the filamentation region diameter on the laser pulse power are measured. It is noted that there is a range of relative powers where the number of filaments very rapidly increases. It is shown that the spectral broadening at filamentation, observed for fixed pulse energy with a change in pulse width, overlaps the entire visible spectral range. This circumstance makes it possible to obtain width-tunable pulses and use them, e.g., in optoacoustic diagnostics of media.