1030nm皮秒级光参量啁啾脉冲放大抽运源

利用低温工作状态下Yb∶YAG再生放大器,对1030nm光纤锁模激光器输出的250pJ的种子光进行放大。电光开关门宽控制种子光在放大器内20程往返,最大单脉冲能量为217μJ,输出频率10Hz,同时由于其增益窄化效应光谱宽度由8.9nm减小到0.3nm,相应的脉宽由18.0ps被压缩到5.5ps,这与理论模拟结果的0.4nm,4.2ps基本吻合。实验结果论证了采用窄增益带宽的再生放大器可以同时实现亚皮秒光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)对抽运脉冲宽度和光谱宽度的要求,避免使用光纤光栅对光谱滤波带来的高阶非线性效应。     

高稳定激光二极管抽运Nd∶YLF再生放大器

设计并实现了一种放大纳秒激光脉冲的高稳定的激光二极管(LD)抽运Nd∶YLF再生放大器。为了获得高稳定的输出,再生放大器工作在饱和状态。此时,再生放大器输出稳定性最好,而且注入激光脉冲能量波动引起的输出激光脉冲波动被抑制。由于增益饱和效应,再生放大器输出脉冲出现时域波形失真,附加后缀脉冲能够减弱时域波形失真。放大器工作波长1053nm,工作频率1Hz。输入240pJ的3ns方波激光脉冲,输出激光脉冲能量4.2mJ,总增益大于107,不稳定度小于1%(均方根),方波扭曲1.33。为3ns方波激光脉冲引入其本身幅度0.75倍的后缀脉冲,输出激光脉冲方波扭曲由1.33降至1.17。     

高稳定激光二极管抽运Nd:YLF再生放大器

设计并实现了一种放大纳秒激光脉冲的高稳定的激光二极管(LD)抽运Nd:YLF再生放大器.为了获得高稳定的输出,再生放大器工作在饱和状态.此时,再生放大器输出稳定性最好,而且注入激光脉冲能量波动引起的输出激光脉冲波动被抑制.由于增益饱和效应,再生放大器输出脉冲出现时域波形失真,附加后缀脉冲能够减弱时域波形失真.放大器工作波长1053 nm,工作频率1 Hz.输入240 pJ的3 ns方波激光脉冲,输出激光脉冲能量4.2 mJ,总增益大于107,不稳定度小于1%(均方根),方波扭曲1.33.为3 ns方波激光脉冲引入其本身幅度0.75倍的后缀脉冲,输出激光脉冲方波扭曲由1.33降至1.17.     

1.3 μm高脉冲能量锁模皮秒再生放大器

报道了激光二极管抽运工作波长为1.3 μm的高能量皮秒再生放大器,种子源为重复频率65 MHz、平均输出功率140 mW的被动锁模皮秒激光振荡器。通过优化再生放大器,获得了重复频率为1 kHz、脉宽小于20 ps、单脉冲能量大于1 mJ的高脉冲能量皮秒脉冲激光,脉冲能量稳定性均方根值小于0.3%,其倍频光束671 nm的质量因子M2小于等于1.1,这表明再生放大器输出激光具有很好的光束质量。     

同步抽运源光学参量啁啾脉冲放大飞秒激光系统

啁啾脉冲放大(CPA)技术已被广泛应用在几太瓦(TW)至1000 TW的许多高功率激光系统中.光学参量放大器有着宽的放大带宽,能支持短至几飞秒激光脉冲的无光谱畸变放大.近年来,一种基于光学参量啁啾脉冲放大(OPCPA)技术的飞秒激光系统,已被提出和成功演示.我们实验室正在建造几太瓦级的OPCPA激光系统,该系统要求一台纳秒级的激光装置作为OPCPA系统的抽运源.本文介绍我们已建成的台式高功率倍频Nd∶硅酸盐玻璃激光装置.其输出波长532 nm、脉宽0.5 ns、能量15 J,光束口径为40 mm. 这台Nd∶硅酸盐玻璃激光装置的种子源与OPCPA激光系统一样来自于同一台飞秒1064 nm激光振荡器,它是一台由13瓦的Ar离子激光抽运的自锁模掺钛蓝宝石激光器,产生120 fs、带宽10 nm的1064 nm脉冲列.脉冲列进入一个光栅展宽器,把激光脉冲宽度展宽到0.3 ns水平,然后分出一束作为OPCPA的种子源,另一束进入一台重复频率1 Hz的Nd∶硅酸盐玻璃再生放大器,将脉冲能量从0.5 nJ放大到几毫焦耳,脉冲宽度展宽到0.7 ns. 从再生放大器输出的激光脉冲进入Nd∶硅酸盐玻璃激光放大链进行放大,最后由KDP倍频晶体对输出的1064 nm激光倍频,获得0.5 ns、15 J的绿光.输出的绿光由光学系统导向光学参量放大器,给OPCPA系统的1064 nm的啁啾种子脉冲作同步抽运,同步精度可达数十飞秒量级.(PB6)     

LDA抽运Nd:YLF再生放大器的实验研究

研制了一台激光二极管列阵(LDA)抽运的Nd:YLF再生放大器。再生放大器工作波长1053 nm，重复频率1 Hz，输出4 ns宽基横模TEM00激光脉冲的能量为2 mJ。总放大倍数达到了1×10 7，输出能量稳定性优于±4.7%(峰值)。给出了再生放大器的实验装置和有关实验结果。     

LDA抽运Nd∶YLF再生放大器的实验研究

研制了一台激光二极管列阵 (LDA)抽运的Nd∶YLF再生放大器。再生放大器工作波长 1 0 5 3nm ,重复频率 1Hz,输出 4ns宽基横模TEM0 0 激光脉冲的能量为 2mJ。总放大倍数达到了 1× 1 0 7,输出能量稳定性优于± 4 7%(峰值 )。给出了再生放大器的实验装置和有关实验结果     

利用光参量啁啾脉冲放大进行任意光谱整形方案的稳定性分析

为了在光参量啁啾脉冲放大系统中获得百飞秒脉冲,需要对注入种子啁啾脉冲进行光谱整形来补偿增益窄化、增益饱和以及自相位调制。利用时域整形的抽运光在参量耦合过程中对注入超高斯啁啾种子光进行任意光谱整形是一种新型的光谱整形方法,与在参量作用之前对种子光的光谱整形进行对比,它不会引入光谱相位调制,而且光谱整形和能量放大可以同时进行,通过数值模拟可知两种方案对于注入抽运光和种子光的稳定性要求基本相同。为了保证参量作用后的信号光的能量抖动优于±5%,对于抽运光来说,其峰值光强变化必须控制在±1%以下,而对于输入的种子光光强可以控制在±3%以下。     

百纳秒脉宽单频大能量1064 nm激光器

报道了基于光纤-固体混合放大的百纳秒脉冲宽度单频大能量1064 nm激光光源的研究工作。采用1064 nm分布反馈(DFB)半导体激光器作为单频连续种子光光源,采用声光调制器将种子光整形为脉冲宽度约为149.0 ns的洛伦兹波形脉冲光,重复频率为60 Hz,经过级联的全保偏光纤放大器放大后,获得单脉冲能量约为2.1μJ、脉冲宽度约为216.7 ns的脉冲光输出。固体放大部分采用激光二极管(LD)端面抽运的Nd∶YVO₄晶体作为高增益的前放大器进行双程放大,采用LD单侧面抽运的Nd∶YAG板条晶体作为预放大器进行双程放大,采用两级LD双侧面抽运的Nd∶YAG板条晶体作为功率放大器,最终获得了单脉冲能量为151.4 mJ、脉冲宽度约为267.8 ns的激光输出。采用光学外差法对输出脉冲激光的线宽进行了测试,线宽约为14.2 MHz。研究结果为星载相干测风激光雷达采用1.06μm的激光光源提供了新的技术路线。     

大能量磷酸钛氧钾太赫兹参量源

使用磷酸钛氧钾(KTiOPO_4,KTP)晶体,采用斯托克斯参量振荡器与太赫兹波表面垂直出射的斯托克斯参量放大器相结合的实验方案,获得了大能量的太赫兹波输出。抽运源是调Q脉冲激光器,输出波长为1064.2 nm,脉宽为7.5 ns,脉冲重复频率为1 Hz。斯托克斯光波长为1086.2 nm,抽运光与斯托克斯光的夹角为4.4°,太赫兹波频率为5.7 THz。抽运光路上的延时装置可以保证抽运光脉冲与待放大斯托克斯光脉冲有很好的时间重合性。当抽运光脉冲能量为770 mJ、待放大斯托克斯光脉冲能量为16.8 mJ时,放大后斯托克斯光脉冲能量为185.4 mJ,太赫兹波脉冲能量最大为6.4μJ。     

采用钛宝石薄片作为增益介质的再生放大器

实验研究了以钛宝石薄片作为增益介质的再生激光放大器,其钛宝石薄片厚度为2mm,前表面作为通光面,镀有对抽运激光和放大激光增透的高阈值双色介质膜,后表面作为反射面,镀有对抽运激光和放大激光高反的高阈值双色介质膜,晶体对抽运激光的吸收率大于80%(1次透射和1次反射)。在再生腔中,钛宝石晶体不仅作为增益介质,也作为反射腔镜,简化了放大腔腔型。钛宝石晶体采用端面冷却的方式,极大地降低了晶体中的热效应,从而提高了放大脉冲激光的光束质量,在此基础上获得了能量为5.2mJ的放大激光脉冲输出,能量转换效率达到11.5%,放大激光光束质量因子M2小于1.2。     

Nd:YAG平面波导激光放大器效率的影响因素

以Nd:YAG平面波导为激光放大器增益介质,研究了1064nm激光在放大过程中光光效率的影响因素;采用基于棒状Nd:YAG的1064nm自由运转振荡器为种子源,放大器抽运源为808nm半导体激光器阵列,抽运光脉宽与种子光脉宽相同且同步输出;Nd:YAG平面波导的尺寸为60mm×10mm×1mm,芯层厚度为100μm。对比研究了种子光能量、抽运能量和抽运方向对激光放大效率的影响。结果表明,当注入种子光能量为10mJ时,实现了100Hz脉冲重复频率下最大能量为713mJ的准连续激光输出,此时的抽运能量为1478mJ,对应的光光效率为47.6%。     

高能量高效率钕玻璃再生放大器

为了获得高能量、高效率的钕玻璃前置放大器,设计了一套钕玻璃再生放大系统。通过调节单程增益和优化腔模设计,使得增益介质中的小尺度自聚焦效应得到有效控制。在重复频率1Hz运行下,获得最大输出能量21mJ、脉冲宽度2.65ns的激光输出,相应的光-光转换效率为5%,总增益达108,光束质量因子M2=1.5,脉冲能量稳定性均方根(RMS)值小于2%(超过2h连续工作),光谱的中心波长为1052.92nm。     

激光二极管侧抽运Nd:YLF多程放大实验研究

进行了激光二极管侧抽运Nd:YLF多程放大实验研究.设计了高增益的激光二极管侧抽运Nd:YLF放大腔,通过对放大器的优化设计避免了自激的出现.放大器工作波长为1053 nm,工作物质为c轴Nd:YLF,重复频率1 Hz,采用单个放大腔四程放大的光路结构,放大腔总抽运功率为1.8 kW,激光二极管的中心波长为797 nm,放大腔中激光二极管采用环状密耦合的方式,实现了高效抽运.种子激光能量为0.1μJ,脉宽为7.5 ns,M2≤1.1,稳定性为±8%.放大器输出能量为2.9 mJ,脉宽为6.7 ns,M2平均为1.65,稳定性为±6.9%,总增益为2.9×104倍.     

1kHz全光纤双程结构掺Yb3+脉冲光纤放大器

以1KHz低重复频率的脉冲激光为信号光源,实验研究了全光纤双程结构的脉冲光纤放大器.利用光纤声光调制器(AOM)滤除了放大过程产生的放大自发辐射光(ASE),并测量了该ASE功率;分析了低重复频率及双程结构对放大器输出特性的影响;研究了抽运光功率对输出脉冲宽度和脉冲峰值功率的影响.在注入信号激光波长1060nm、脉冲宽度10.2ns、峰值功率0.58W时,获得放大脉冲激光的脉冲宽度7.9ns、峰值功率245.2W,对应增益26.3dB.     

高效率纤芯同带抽运铒镱共掺光纤放大器

搭建了输出1535nm激光的铒镱共掺光纤放大器,通过注入1064nm信号光以抑制Yb离子波段处的放大自发辐射光,放大后的1535nm最大功率为3.2W。然后利用1535nm激光进行了1570nm种子光纤芯同带抽运铒镱共掺光纤放大实验,研究了在不同功率的抽运光时放大器的输出功率和光谱。当种子光功率为80mW,铒镱共掺光纤长度为5m,1535nm抽运光为2.1W时,放大器最大输出功率为1.22W,斜率效率为58.4%。同时进行了常规的976nm包层抽运1570nm种子光的对比实验。基于同一种子光和相同长度的增益光纤,常规抽运方式的斜率效率为23.7%。实验结果证明了同带抽运方式具有更高的转换效率。     

激光二极管侧抽运Nd∶YLF多程放大实验研究

进行了激光二极管侧抽运Nd∶YLF多程放大实验研究。设计了高增益的激光二极管侧抽运Nd∶YLF放大腔,通过对放大器的优化设计避免了自激的出现。放大器工作波长为1053nm,工作物质为c轴Nd∶YLF,重复频率1Hz,采用单个放大腔四程放大的光路结构,放大腔总抽运功率为1.8kW,激光二极管的中心波长为797nm,放大腔中激光二极管采用环状密耦合的方式,实现了高效抽运。种子激光能量为0.1μJ,脉宽为7.5ns,M2≤1.1,稳定性为±8%。放大器输出能量为2.9mJ,脉宽为6.7ns,M2平均为1.65,稳定性为±6.9%,总增益为2.9×104倍。     

纳秒级窄线宽脉冲钛宝石激光注入BBO晶体光参量放大器

实验上采用纳秒级窄线宽脉冲钛宝石激光注入BBO光参量放大器 (BBO OPA) ,实现了一台纳秒级Nd∶YAG激光器作钛宝石激光器和BBO光参量激光器抽运源的高效率系统。获得了钛宝石激光作为信号光注入BBO OPA时其输出能量为无信号光注入时的 6倍 ,并实现了 5 70～ 6 70nm的连续可调谐窄线宽 (<0 1nm)参量激光输出     

超短脉冲激光频率的线性及非线性扩展

通过采用若干激光增益介质和非线性频率变换技术,有效地扩展了皮秒及飞秒激光的波长.在可见光波段,利用自建的高能量400 nm倍频皮秒钛宝石激光作泵浦,通过LBO参量放大,得到了波长从450～750 nm可调、最高单脉冲能量达30 mJ的可调谐皮秒激光脉冲;在红外波段,通过上述方案不仅产生了波长850 nm～3.6μm的皮秒闲频光,而且相继利用Cr:Mg2SiO4和Cr:YAG晶体作为增益介质,获得了中心波长分别在1 280 nm和1 450 mn波段的飞秒激光脉冲.利用Yb:YAG、Yb:GYSO、Nd:GdVO4、Nd:LuVO4等晶体作增益介质,获得了中心波长1 053、1 093 nm的飞秒激光脉冲及912、916 nm的皮秒脉冲.这些具有不同波长特性的超短脉冲激光光源,可望在许多领域获得重要应用.     

有限元法模拟掺镱光纤放大器的脉冲放大特性

为了简单、快捷地模拟掺镱双包层光纤放大器的脉冲放大特性,采用有限元软件FEMLAB模拟掺Yb3+双包层光纤放大器的脉冲放大特性。用与快速傅里叶法模拟Yb3+光纤放大器脉冲放大特性相同的参量计算了在915nm前向抽运下,光纤放大器中的上能级粒子数,抽运光和放大自发辐射在光纤中的稳态分布,以及高斯脉冲和方波脉冲的输出、能量及增益特性,得到的与快速傅里叶法模拟的一致的粒子分布图等特征图,而且比快速傅里叶法得到更多和更准确的结果。结果表明,应用FEMLAB只需根据掺Yb3+光纤放大器的方程组,可以方便、快捷地确定参数进行数值模拟,对掺镱光纤放大器的系统设计和参量优化具有很好的参考价值。