马丁内兹型啁啾脉冲放大系统高阶色散的混合补偿

采用光线追迹法对含有马丁内兹型展宽器的CPA系统的各阶色散进行了系统的理论研究，提出了引入适当负三阶色散量以补偿五阶色散的总体色散的混合补偿方法.该方法能够获得比采用仅补偿二、三阶色散的逐阶色散补偿法更接近傅里叶变换极限的超短脉冲. 关键词： 啁啾脉冲放大 马丁内兹型展宽器 色散补偿     

声光偏转器扫描飞秒激光的时间色散补偿

研究了声光偏转器(AOD)扫描飞秒激光的时间色散效应及补偿方案.在800nm波长处，单个AOD引入的群延时色散(GDD)可达～9300fs².在深入分析AOD和棱镜角色散原理的基础上，提出了用色散棱镜预补偿AOD对飞秒脉冲的时间色散，并进行了实验证实.在AOD中心频率处(70MHz)，将398fs的脉冲压缩到122fs，且整个带宽范围内(50MHz—90MHz)脉宽变化范围为120fs—180fs.这表明该方案用于AOD扫描飞秒激光时进行时间色散补偿是非常有效的. 关键词： 飞秒激光 声光偏转器 时间色散 脉冲压缩     

利用声波控制超短脉冲的色散

 声光互作用器件声光可编程色散滤波器（AOPDF）是一种实时的色散补偿器件，它可用于飞秒啁啾脉冲放大系统。通过耦合模理论推导，得到了输出脉冲的群延迟与调制声波的频率、啁啾、带宽等参数的关系，并且对用2.5cm长的LiNbO₃作为声光晶体的AOPDF补偿飞秒光脉冲的色散进行了数值模拟，得到了对中心波长为800 mm的钛宝石飞秒激光色散补偿特性及所需声波的频率和啁啾参数。     

对于具有一定宽度的光束通过展宽器的色散误差的评价

利用光线追踪法计算了具有一定宽度的光束通过Martinez展宽器时的色散误差.结果表明,通常的无宽度理想光线的展宽器模型有足够的精确度.但是如果将光束反转后再送入展宽器,将得到更加完美的色散误差补偿 关键词： 飞秒激光放大器 展宽器 压缩器 色散补偿     

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。     

不同偏振飞秒激光经块状材料传输后的脉宽压缩

实验研究了线偏振和圆偏振状态下的飞秒强激光脉冲在块状材料中的传输过程。不同偏振的激光脉冲在传输过程中得到了不同程度的光谱展宽,经色散补偿后,脉冲时域宽度均得到了压缩。详细分析了压缩脉冲的脉宽以及啁啾情况与入射激光脉冲能量之间的关系,比较了飞秒激光在线偏振及圆偏振情况下的不同压缩效果。在线偏振入射光情况下得到了最短21fs的压缩脉冲宽度,在圆偏振情况下得到的最短脉冲宽度为22fs。实验结果表明,这种光谱展宽与色散补偿方式对圆偏振光同样适用,而且圆偏振的入射激光将更有利于对更高能量的脉冲进行压缩。在色散补偿量相同的情况下,压缩效果随入射脉冲能量变化的规律符合理论估计。     

基于Herriott型多通结构的块材料展宽与棱栅对色散补偿的啁啾脉冲放大

本文报道了基于块材料展宽与棱栅对压缩的飞秒啁啾脉冲放大(chirped-pulse amplification,CPA)系统.展宽器采用基于Herriott型多通结构的块材料作为色散元件,压缩器采用透射光栅与色散棱镜组合的棱栅对,由于它可以同时提供负的二阶和三阶色散,通过优化光栅刻线与棱镜顶角,可以实现对放大器中材料的三阶色散完全补偿,获得更窄的压缩脉冲.实验中,将展宽后的脉冲注入到环形再生腔中进行放大,放大后的脉冲由棱栅对压缩到39.6 fs,非常接近傅里叶变换极限的35.2 fs.由于采用块材料展宽器和棱栅对压缩器,整个放大系统非常紧凑,可作为后续放大以及超快现象研究的可靠光源.     

啁啾脉冲放大激光系统中展宽器色散的解析算法

时域色散精密控制是超短激光产生及其应用中的关键技术之一,它通过控制各波长的光程产生相对延迟从而改变脉冲宽度.展宽器是啁啾脉冲放大激光系统中对激光脉冲展宽的装置,基于光线追迹法研究光线在展宽器中的传输路径,可计算飞秒脉冲中各波长的光程,进而计算脉冲展宽量并应用于系统设计.由于展宽器的光程表达式复杂,直接对其求导获得色散表达式较困难,目前只能采用数值导数获得近似解,这在计算过程中会引入误差,不利于激光系统精确设计和优化.本文介绍了一种易实现的求解展宽器色散的解析算法,通过归纳展宽器光程表达式特点,引入四个基元函数,将光程表达式分解和反复代换,可得到高阶色散的精确解析值.本文首先对Martinez型展宽器重新光线追迹,获得与Offner型展宽器一致的相位表达式,其次通过解析算法获得了两种展宽器的精确高阶色散值,最后将解析算法与数值算法的结果进行了比较.该解析算法对于啁啾脉冲放大系统的参数设计具有实用价值.     

光栅展宽系统中脉冲展宽比受高阶色散影响的数值分析

分析了光栅展宽器中高阶色散对飞秒种子脉冲展宽量的影响,给出了精确计算展宽器展宽倍数的公式,并且针对反射式共焦望远镜系统引入的球差对展宽系统的色散量进行了修正.通过数值计算与实验结果比较验证了理论计算的精确性,从而为准确估算光栅展宽器中脉冲的色散致展宽量提供了有效的方法.     

有机高聚物PPQ薄膜的反常群速色散

通过对ＰＰＱ薄膜的吸收光学谱的计算分析，由Ｋｒａｍｅｒｓ－Ｋｒｏｎｉｇ关系得到ＰＰＱ膜在５５０ｎｍ～７００ｎｍ左右波段存在负群速色散区，并且色散量对相对较小，│β２│〉１．２ｐｓ＾２／ｍ，这使得对飞秒激光脉冲在ＰＰＱ平面光波导中的传输的传输的描述可以忽略色散顶，根据这一间化，仅考虑自相位调制（ＳＰＭ）效应，由于飞秒对撞锁激光脉冲的光谱展宽民计算的ＰＰＱ的非线性折射率系数ｎ２，与报道的结果吻合很好。     

新型无象差展宽器色散量的光线追迹计算法

对无象差展宽器的结构进行了改进，利用光线追迹法计算出其色散量，分析了展宽结果与展宽器各参量的关系，数值模拟了飞秒脉冲的展宽过程，为该展宽器的优化设计与精细调节提供了依据。     

Cr:LiSAF飞秒激光器中Gires-Tournois镜的设计

飞秒激光脉冲的产生主要依赖于激光腔内净的负群延迟色散.但是在固体激光器中,增益介质和其它光学元件却引入了正色散,因此需引入相应的色散补偿机制.布儒斯特角棱镜对曾是激光腔中色散补偿的主要办法,但是它在进行群延迟色散补偿的同时还会引入高阶色散,使激光器操作困难并影响激光器的尺寸和重复频率.Gires-Tournois镜是一...     

新型色散补偿薄膜的初始结构设计方法

啁啾脉冲振荡(CPO)与飞秒激光显微系统都要求在一定带宽内能够提供大的色散补偿.如此大的色散补偿要求是之前应用于飞秒激光器的各种色散补偿薄膜结构难以达剑的.为此提出一种将基于共轭腔与G-T腔混合结构的初始膜系设计,只要在此基础上稍加优化,就可以满足系统的色散补偿要求.针对CPO系统与飞秒激光显微系统的实际需求,提供了两个设计实例,验证了这种初始结构的有效性.相比与于单纯用计算机优化方法生成的膜系,该结构更加简单而规整,因而便于实际的加工制备.     

可编程声光色散滤波器在10 Hz飞秒再生放大系统中的应用

报道了在10 Hz飞秒再生放大超快激光系统中,运用可编程声光色散滤波器(AOPDF)对注入再生放大的种子光进行频谱整形和色散预补偿,使钛宝石激光系统输出光脉冲谱线半峰全宽由原来的38 nm展宽到66 nm,压缩后输出脉冲宽度从35 fs减小到20 fs。实验结果表明,利用可编程声光色散滤波器能够同时独立进行光谱整形和大范围内色散补偿的特性,可以有效抑制啁啾脉冲放大过程中存在的谱线增益窄化效应,补偿钛宝石激光系统中存在的残留色散。这为进一步研制小于20 fs,10 TW量级钛宝石激光系统奠定了基础。     

反射式棱栅对展宽器用于啁啾脉冲放大激光的研究

在啁啾脉冲放大(CPA)系统中, 脉冲的展宽是实现安全有效放大的重要保证. 本文介绍了一种新型的由色散棱镜与光栅组合而成的反射式棱栅对展宽器. 并利用光线追迹法对色散进行了数值模拟, 测量实验结果验证了理论计算的正确性. 在此基础上, 分析了以棱栅对为展宽器和ZF7玻璃材料为压缩器的下啁啾(down-chirped)脉冲放大系统中的色散比较传统的上啁啾脉冲放大系统, 结果表明棱栅对可以同时提供负的二阶色散和三阶色散, 这样能更好地补偿放大器中材料的高阶色散, 从而获得近傅里叶变换极限的压缩脉冲. 此外以块材料作为压缩器不仅提高了传输效率, 而且简化了实验装置, 增强了系统的稳定性. 这样的展宽压缩组合在高重复频率的飞秒啁啾脉冲放大系统中具有明显优势. 关键词： 反射式棱栅对 啁啾脉冲放大 色散 飞秒脉冲     

Cr∶LiSAF飞秒激光器中Gires-Tournois镜的设计

飞秒激光脉冲的产生主要依赖于激光腔内净的负群延迟色散.但是在固体激光器中,增益介质和其它光学元件却引入了正色散,因此需引入相应的色散补偿机制.布儒斯特角棱镜对曾是激光腔中色散补偿的主要办法,但是它在进行群延迟色散补偿的同时还会引入高阶色散,使激光器操作困难并影响激光器的尺寸和重复频率.Gires-Tournois镜是一种新型的色散补偿元件,可以克服这些缺点.本文介绍了Gires-Tournois镜的基本结构,分析了影响Gires-Tournois镜的群延迟时间、群延迟色散和三阶色散的量,给出了Gires-Tournois镜的设计原则并根据Cr∶LiSAF飞秒激光器中的色散补偿要求设计了性能优良的Gires-Tournois镜.该Gires-Tournois镜在750~900 nm的波长范围内具有高于99.9%的反射率和-35±8fs2的群延迟色散.用这样的Gires-Tournois镜经过4次反射后可以补偿3mm的Cr∶LiSAF晶体的绝大部分群延迟色散.     

钛宝石飞秒激光器用色散补偿Gires-Tournois镜的研究

根据钛宝石飞秒激光器的色散补偿要求设计了单次反射平均补偿量为-60 fs²的GT(Gires-Tournois)镜,采用离子束辅助沉积技术结合光学监控技术制作了器件.用分光光度计对650—950 nm波段薄膜反射率进行测试,结果表明反射率测试曲线与设计曲线十分符合,同时利用白光干涉系统对群延迟色散进行了测试,测试结果与设计符合得很好,实际的色散曲线振荡基本控制在±20 fs²以内.应用该GT镜进行钛宝石飞秒激光系统的色散补偿,取得了很好的锁模效果,得到了29 fs的超短脉冲. 关键词： 色散补偿 钛宝石飞秒激光器 GT镜 离子束辅助沉积     

高强度飞秒激光脉冲在空气中的自压缩

利用高重复频率（1kHz）、吉瓦级飞秒激光脉冲实验验证了高强度飞秒脉冲在空气中的自 压缩现象，研究了入射脉冲在不同初始啁啾情况下经空气中聚焦成丝后，时域及频域特性随 入射脉冲能量的变化规律.实验结果表明，在无需后继色散补偿情况下，高强度飞秒脉冲仅 通过在空气中的非线性传输过程就可以实现脉冲压缩；在入射脉冲为负啁啾情况下，实验观 察到脉冲光谱及时域宽度同时得到压缩，并可获得比激光源所能提供的更短的近双曲正割型 变换限脉冲. 关键词： 高强度飞秒激光脉冲 自压缩 自聚焦     

用于飞秒脉冲锁模激光器中的优化Gires-Tournois反射镜

根据飞秒脉冲锁模钛宝石激光器腔内色散补偿的要求,设定负色散镜的色散目标值,用最优化方法,设计出了负色散Gires-Toumois(G-T)反射镜,计算了光场在优化负色散G－T反射镜不同膜层内的分布,不同波长的光场分量,在优化负色散G－T反射镜内部,穿透深度不同,在720nm-900nm波长范围内,长波分量有较大的穿透深度,因而对长波分量提供较大的时间延迟,将其用于飞秒锁模钛宝石激光器中,取代传统的腔内色散补偿棱镜对,结合半导体可饱和吸收镜（SESAM）自启动锁模,在钛宝石激光器中获得了56fs脉冲。     

基于多层膜系传输矩阵理论的双啁啾镜设计与实验

把光在多层膜中传输的矩阵理论应用于双啁啾镜的设计。理论分析结果表明设计的双啁啾镜可以对波长从600 nm到1 100 nm波段范围的色散进行补偿,每次可以实现-100 fs2的色散补偿量,而且双啁啾镜可以有效降低单镜色散补偿中的寄生振荡。用设计制造的双啁啾镜进行了实验测试,用双啁啾镜对畸变脉冲进行色散补偿,实验结果表明:经过两次色散补偿可以将脉冲还原至初始状态,而过量的负色散又将脉冲重新展宽。