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.     

520nm泵浦780nm+1560nm双共振光学参量振荡器

我们在实验中演示了520nm单频绿光泵浦的基于周期极化磷酸钛氧钾(PPKTP)晶体的780nm+1560nm双共振光参量振荡器,高效制备780nm+1 560nm连续可调谐双色下转换光场。该参量振荡器可输出93.3 mW的1 560nm单频激光和44.6mW的780nm单频激光。通过改变PPKTP晶体的温度所得到的波长粗调范围为:信号光1 529.81nm~1 573.83nm(~44nm),闲置光788.26nm~777.20nm(~11nm);通过连续调谐520nm泵浦激光频率初步得到的闲置光在780.24nm(铷原子D2线)处频率连续调谐范围约1.6GHz。     

秋千参数自激振动的数学模型与数值模拟

将秋千视为变长度单摆,基于归一化高斯函数构造了摆球相对摆杆的速度表达式.在此基础上建立了秋千的非线性动力学微分方程,并据此数学模型对秋千运动进行了数值模拟,得到了秋千的运动规律和功能转化的机制.     

参外联合激励下的簇发振荡及其机理

当周期激励频率远小于系统固有频率时,会存在快慢耦合效应,与单项激励不同,参外联合激励不仅会导致快子系统平衡曲线和分岔行为的复杂化,也会产生一些特殊的非线性现象,为此,本文以两耦合Hodgkin-Huxley细胞模型为例,引入周期参外联合激励,探讨在频域不同尺度耦合时该系统的簇发振荡的特点及其分岔机制．通过建立相应的快慢子系统,得到慢变参数变化下的快子系统的各种分岔模式以及相应的分岔行为,结合转换相图,揭示耦合系统随激励幅值变化时的动力学行为及其机理．研究表明,在激励幅值较小时,系统表现为概周期振荡,两频率分别近似于快子系统平衡曲线由Hopf分岔引起的两稳定极限环的振荡频率．概周期解随激励幅值的增加进入簇发振荡,导致这些簇发振荡的主要原因是在慢变参数变化的部分区间内,存在唯一稳定的平衡曲线,使得系统的轨迹逐渐趋向该平衡曲线,产生沉寂态,并随着慢变参数的变化,由分岔进入激发态．同时,快子系统中参与簇发振荡的稳定吸引子随激励幅值的变化也会不同,导致不同形式的簇发振荡．另外,与单项激励下的情形不同,联合激励时快子系统的部分稳定吸引子掩埋在其它稳定吸引子内,从而失去对簇发振荡的影响．     

主动控制压电旋转悬臂梁的参数振动稳定性分析

在工程实际中旋转机械由于制造和加工误差,装配的不均匀性等原因,往往会脉动运行,这将使得机械系统发生参数振动. 当脉动参数满足一定关系时,这种参数振动将会失稳,进而影响机械结构的正常运转. 本文针对这一问题,引入压电材料对 脉动旋转悬臂梁系统的振动进行控制,研究主动控制悬臂梁系统的参数振动优化设计问题,采用 Hamilton 变分原理与一阶 Galerkin 离散相结合的方法,建立了受速度反馈传感器主动控制的压电旋转悬臂梁的一阶近似线性控制方程. 运用多尺度方法,得到了压电旋转悬臂梁系统在发生1/2亚谐波参数共振时稳定性边界的控制方程,并利用直接分析方法验证了解析摄动解的正确性. 将摄动解中临界阻尼比和轮毂角速度脉动幅值的无量纲参数作为评价系统稳定性能的指标. 通过数值算例,分析了轮毂半径、轮毂角速度平均值和脉动幅值、梁长以及速度传感器的反馈增益系数对系统稳定性区域的影响. 研究结果表明,梁长、轮毂半径、脉动幅值会降低系统稳定性,反馈增益系数可以提高系统稳定性,而轮毂角速度平均值与系统稳定性之间有非单调的关系. 为进一步设计压电旋转机械结构提供了理论依据.      

Parametric excitation of beams moving over supports

Studied in this work are the formulation of equations of motion and the response to parametric excitation of a uniform cantilever beam moving longitudinally over a single bilateral support. The equations of motion are generated by using assumed modes to discretize the beam, by regarding the support as a kinematic constraint, and by employing an alternate form of Kane's method that is particularly well suited to systems subject to constraints. Instability information is developed using the results of perturbation analysis for harmonic longitudinal motions of small amplitude and with Floquet theory for general periodic motions of any amplitude. Results demonstrate that definitive instability information can be obtained for a beam moving longitudinally over supports based on the frequencies of free transverse vibration of a beam that is longitudinally fixed.     

基于网络媒体信息的传染病传播模型及其仿真研究

当一种突发传染病开始流行时,政府、媒体会以各种形式告知民众,有防范意识的民众将采取一定的防范措施来降低感染率.考虑面对一种突发传染病,将易感群体划分为具有防范意识和不具有防范意识两种群体,利用生命周期理论,分析网络媒体信息报道对传染病传播的影响,以此为依据建立一种改进的传染病传播模型(MSI).利用网络大数据得到对传染病有防范意识群体的观测值信息,利用神经网络技术对模型MSI的参数进行反演.然后对模型MSI数值仿真得到传染病传播过程,提出了相应的控制措施.     

参变过程中的群速延迟对晶体匹配长度的影响

基于能量守恒和三波耦合波方程,建立了超短脉冲在参变过程中二次谐波产生时的I类和II类相位匹配条件、基波与谐波之间的群速延迟时间、以及群速失配对晶体长度限制的理论基础。以负单轴非线性光学晶体CsLiB6O10为例,分析和数值计算了超短脉冲宽度为100fs时,谐波的群速匹配长度随基波波长变化的规律。研究结果表明在I类相位匹配条件下,基波波长为642nm时,群速延迟最小,相应的群速匹配晶体长度最长为19.1mm;在II类相位匹配条件下,基波波长为767nm,群速延迟最小,群速匹配长度最长为0.89mm。     

用于宽带啁啾脉冲光参量放大系统精确同步的新方法

基于非共线光参量放大,以波长800 nm飞秒激光的倍频光为抽运光,以激光二极管640 nm连续波激光为信号光,产生了与800 nm飞秒激光精确同步的无直流本底的1064 nm脉冲光。实验结果显示该1064 nm的光脉冲在脉冲能量和空间光束质量上均可作为1064 nm波长脉冲放大器的种子光。仅通过一级简单紧凑的非共线参量放大就可实现光周期量级的光参量啁啾脉冲放大系统的抽运激光和种子光的精确同步。