XeCl中带宽限制的220 fs脉冲放大

稀有气体卤化物的受激辐射增益曲线带宽为200 cm-1,它允许放大亚皮秒脉宽的光脉冲。在早期的实验中，短脉冲准分子激光振荡放大系统的振荡源是采用准分子激光泵浦染料激光的倍频及放大技术。要将几台准分子激光器锁模，脉冲幵关之间维持高精度的同步是很复杂的。     

高功率光纤激光器中自相位调制的实验研究

利用主振荡功率放大(MOPA)结构高功率皮秒脉冲全光纤激光器,对高功率皮秒脉冲放大器中自相位调制(SPM)效应进行了实验研究。激光器种子源是自行搭建的半导体可饱和吸收镜(SESAM)被动锁模光纤激光器。为了抑制非线性效应,使用一个自制重频倍增器把种子脉冲的重频增加到328 MHz 后再放大。放大器部分采用三级放大结构,最终获得了中心波长为1 066.5 nm,3 dB 光谱线宽约为2.5 nm,平均功率为91W 的稳定皮秒脉冲激光输出。实验对光脉冲在放大的过程中自相位调制引起的光谱变化进行了研究。对激光器输出光谱的分析表明,随着功率的增大,高功率光纤激光器中自相位调制效应受到入射脉冲的初始啁啾和脉冲形状的影响程度也随着变大,与此同时还受到自陡峭效应的影响。     

高平均功率锁模皮秒Nd:GdVO_4激光器研究

正紧凑的被动锁模全固态激光器在精密测量加工、非线性光学频率变换等方面具有重要的应用。Nd~(3+)掺杂的晶体材料是超短脉冲锁模激光器的主要增益介质,其中Nd:GdVO_4晶体具有高热导率、宽增益带宽、短上能级寿命等优势,使其在获得高功率、窄脉冲皮秒激光方面具有很大的潜力、采用主振功率放大(MOPA)方案,获得了高功率、窄脉冲皮秒1063 nm激光、对于振荡级,为了减小量子亏损热,利用879 nm半导体激光直接泵浦Nd:GdVO_4晶体;采用半导体可饱和吸收镜作为锁模元件。在热近非稳腔运转条件下获得了输出平均功率为7 W的皮秒1063 nm激光,重复频率约为250 MHz,光光转换效率和斜效率分别为55.2%和56.8%。对于放大级,为了减小晶体中的热量,同时使得振荡级和放大级的波长匹配,仍然采用879 nm半导体激光直接泵浦Nd:GdVO_4晶体。对振荡级输出的皮秒1063 nm激光,平均功率为5.8 W时进行了单程放大。在吸收泵浦光功率为64.3 W时,放大器最大输出平均功率为21.7 W的皮秒1063 nm激光,对应提取效率为33.7%、1063 nm激光输出平均功率为21.7 W时,脉冲宽度为7.1 ps,光束质量因子为1.24,这也说明放大器输出激光处于单模运转状态。     

在高度饱和桌面毛细管放电放大器中以4Hz重复率产生毫焦耳级软X射线激光脉冲

软 X射线激光有别于其它相干软 X射线辐射源的特性是其产生高能脉冲的潜力。由大型光学激光抽运的软 X射线激光输出能量已达几个毫焦耳。然而产生这些软 X射线激光脉冲的激光装置很大 ,而且它们的重复率限于几分钟一次或更少。前几年在研制以较高重复率运转的桌面软 X射线放大器方面已取得重要进展 [1 ]。在最近的工作中已演示用非常紧凑的桌面器件以 4Hz重复率产生毫焦耳量级的软 X射线激光脉冲[2 ] 。该结果在长 34 .5 cm毛细管放电等离子体柱中激发类氖氩电子在 46 .9nm波长上获得。这样的放大长度允许其增益长度乘积比获增益饱和所需…     

百微焦级飞秒光纤激光放大系统

实验研究了基于掺Yb3+光纤的啁啾脉冲放大(CPA)系统。利用半导体可饱和吸收体锁模光纤激光器作为种子源,采用啁啾脉冲放大技术,将波长为1030 nm的脉冲展宽到数百皮秒进行放大。采用多级的掺镱单模光纤和双包层光纤组成预放大器,主放大器采用大模场的掺镱棒状光子晶体光纤作为激光工作物质,实现了重复频率为211 k Hz,功率为50 W的单模皮秒脉冲输出。通过合理地控制放大系统中每一级光纤放大器的增益以及非线性积累量,有效抑制了高能脉冲放大过程中非线性效应对脉冲时域特性的影响。采用反射式光栅对,对输出的放大脉冲进行压缩,最终获得了脉宽为887 fs的激光输出,单脉冲能量达到124μJ,对应峰值功率为139.8 MW,该实验结果为国内首次报道基于光纤结构的百微焦级飞秒激光系统。     

钕玻璃中啁啾脉冲放大的"进步-P"型激光装置

啁啾脉冲的放大技术有可能获得多太瓦皮秒和亚皮秒激光脉冲,以便进行超强场与物质相互作用研究。本文给出啁啾脉冲放大的多太瓦“进步－Ｐ”型Ｎｄ：ＹＬＦ／Ｎｄ：玻璃混合激光装置,不久前曾在这台装置上进行了一系列１０＾１８￣１０＾１９Ｗ／ｃｍ＾２范围内超强场与固体的相互作用实验。     

飞秒和皮秒激光器标定X射线条纹相机性能研究

为激光惯性约束聚变(ICF)诊断,研制了一台 大动态范围X射线皮秒条纹相机系统。分别使用130fs 和8ps的紫外激光器搭建了X射线条纹相机的动态测试系统,标定了条纹相机的性能。两组 标定条件下, 实验结果显示,X射线条纹相机极限时间分辨率为5.0ps,动态范围 分别为513.7∶1和2237.1∶1。理论分析了 实验结果的差异由于光电子的空间电荷效应导致,其中包括时间弥散和技术时间分辨率中的 空间展宽。在 飞秒和皮秒激光激励条件下,飞秒电子脉冲的发射电流密度是皮秒电子脉冲的 61.5倍,飞秒电子脉冲的空 间电荷效应导致的条纹相机时间弥散和空间展宽更大,对条纹相机极限性能作用程度更大。 本文研究结果对 分析X射线条纹相机中时间和空间信息的物理机制具有重要作用,对优化设计条纹相机系统 ,激光测试和标定条纹相机性能具有指导意义。     

结构紧凑的kHz重复频率光纤-固体皮秒激光光源

优化设计了光纤-固体皮秒激光光源中的窄光谱皮秒脉冲光纤激光振荡器及多级光纤放大器。光纤链路充分抑制了光纤中的放大自发辐射和非线性效应,以使系统工作在低至1kHz重复频率时,仍能保持大于20dB的光谱信噪比及小于0.5nm的光谱带宽。采用三级双通Nd…YVO_4固体放大器对该光纤链路输出的皮秒脉冲进行了放大。当系统重复频率为1,10,100kHz时,分别得到了2.34,4.30,10.30 W的平均功率输出,相应的单脉冲能量分别为2.34,0.43,0.10mJ。在Nd…YVO_4晶体仅为被动散热的条件下,当系统的输出功率不超过7 W时,输出光束的质量因子M21.3、光斑圆度大于90%。     

单脉冲皮秒Nd:YAG倍频激光器

介绍一种氙灯抽运的单脉冲皮秒Nd:YAG倍频激光器,该激光器由振荡级、单脉冲选取、放大级、倍频和扩束准直等部分组成,激光器的振荡级利用被动锁模染料产生的锁模序列脉冲激光,经过单脉冲选择部分选取出其中的一个单脉冲,此单脉冲经过激光器放大部分的放大和倍频晶体的倍频后,激光器最终可输出能量达到120 mJ、波长为532 nm的单脉冲激光.该激光器的振荡级采用自行研制的光漂移控制仪,使激光器输出激光的外触发同步精度优于2μs.     

基于光-光同步放大抑制光谱红移的光谱整形技术

在基于钛宝石啁啾脉冲放大(CPA)技术获得拍瓦级输出的激光装置中,光谱发射截面的不同和饱和放大的影响会使放大光谱产生增益窄化和光谱红移。光谱红移效应普遍存在于激光放大过程中,尤其在高能量饱和放大时更加严重。基于中国科学院上海光学精密机械研究所5.0PW激光装置的实验结果,针对Apollon-10PW激光装置的光谱控制,在理论上提出一种基于光-光同步放大的光谱整形技术,用以抑制高能量放大过程中的光谱红移。该技术基于传统的放大模型,通过在功放级引入短脉冲抽运,利用抽运光和啁啾种子光同步放大的方式抑制了光谱的红移。该技术无需引入任何其他光学器件,也不会引入附加损耗,操作简单。数值模拟结果表明,利用该技术可以有效地对放大的光谱进行整形,抑制了光谱红移效应。     

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)     

联合研究超高功率超短脉冲

美加州圣克拉拉的Quantel International公司和帕洛阿尔托的Coherent公司激光产品部宣布共同研制了一种再生式脉冲放大系统。该系统由Nd:YAG和染料激光器组成,产生亚皮秒的可调脉冲,能量超过1mJ,相当GW级峰值功率,脉冲重复率50Hz。     

用于直线对撞机设计的飞秒激光技术

为康普顿X射线实验开发了高稳定高能量飞秒激光系统。该激光系统以啁啾脉冲放大为基础，并且每个部件都是主动或被动稳定的。主振荡器时间抖动小于100fs，两个独立的振荡器相对时间延迟300fs。开发了测量低重复率放大脉冲时间起伏新技术，以及特殊设计的高光束质量再生放大器。根据实验结果提出了供直线对撞机用的新技术方案，包括瞬态矩形脉冲技术，它用于低发射度电子发生器；供CO2激光放大器用的时间稳定的籽源；以及供γ-γ对撞和多群聚电子发生器用的多脉冲高能激光器。     

高功率飞秒脉冲光纤激光器的研究进展

啁啾脉冲放大技术是高功率飞秒脉冲光纤激光器采用的主流技术,但如果对激光系统中非线性效应和色散补偿控制不好,脉冲将会发生畸变,影响脉冲的进一步压缩和峰值功率的提高.以这些问题的解决为主线,介绍了近年来在高功率飞秒脉冲研制上所取得的进展,指出以光子晶体光纤等为基础的新型激光功能器件的出现,为啁啾脉冲放大技术提供了新的解决方案.     

百瓦级PCFA/LBO倍频绿光皮秒激光器

具有高平均功率的皮秒级脉冲激光在工业加工、空间探测等领域具有重要的应用。但是锁模产生的皮秒种子光因脉冲宽度窄、单脉冲能量低,难以直接通过传统的行波放大实现功率的高效提升,因此也限制了输出脉冲的非线性频率转换效率。文中通过光栅啁啾脉冲展宽器和狭缝,将中心波长为1030 nm、脉冲宽度7 ps、重复频率52 MHz的光纤锁模种子光脉冲宽度展宽至32 ps,且将其光谱宽度控制在1.1 nm,利用两个空气包层光子晶体光纤放大器将功率放大至190 W。最后通过温度相位匹配LiB₃O₅ 晶体实现了平均功率为103.1 W的绿光皮秒脉冲输出,光束质量因子1.17,二次谐波转换效率54.3%。     

激光辐射与稠密气体靶的相互作用

引言文献[1]提出的使用“喷气”（“puff”gas，即通过细喷嘴喷至真空室的不大气团）作为靶的思想，在一系列应用和基础研究中颇有成效。它在磁约束实验中曾用于获得高温等离子体[1]，并曾用于多光子电离实验[2.3]和谐波振荡[4.5]。文献[6]曾建议使用激光“喷气”作为X射线源。虽然这种建议仅过去三年，但已成功地用于研制短波长激光器[7.8]、隋性气体多童电离光谱学[9~11]和研制X射线光刻辐射源[12]。虽然有如此众多的进展，但是对对象的参数，即“喷气”的激光等离子体，至今日却知之甚微，而且现有的信息只是对于气压不高的“喷气，，［…     

百皮秒激光脉冲的全光纤放大及应用

为了得到高单脉冲能量的百皮秒激光脉冲,采用自制的被动锁模掺镱光纤激光器获得了100ps的激光脉冲输出,在此基础上采用两级全光纤结构主振荡功率放大器进行功率放大,其中预放大级采用7m纤芯的双包层掺镱光纤做增益介质,得到平均功率160mW的稳定脉冲输出;主放大级采用20m纤芯的双包层掺镱光纤做增益介质,在抽运功率逐步增加到35.37W时,输出功率达到了16.60W,相应的单脉冲能量为1.63J,峰值功率为16.61kW。此外,主放大级输出的激光通过自制的模场转换器与光子晶体光纤(纤芯4.6m)成功熔接,得到了2.85W的白光超连续光谱,光谱波长覆盖了600nm~1700nm的检测范围。结果表明,此激光可用于超连续谱光源的产生。     

飞秒激光产生与放大技术

介绍了飞秒激光的发展和相关的应用。重点讨论了产生飞秒激光脉冲的几种方法;激光脉冲色散的物理机制及补偿方法;获得变换极限脉冲的条件等。还介绍了超短超强激光脉冲的放大与压缩技术,获得高功率窄脉冲的基本条件和啁啾脉冲放大原理;详细地讨论了基于非线性效应实现高信噪比、宽光谱、高效率脉冲放大的光参量啁啾脉冲放大技术,在飞秒激光脉冲放大中的应用和发展前景。最后还阐述了阿秒光脉冲产生与测量的新技术。     

高功率激光可以引发核裂变

卢瑟福·阿普尔顿实验室的科学家已经演示 ,现有的高功率激光器可在一些核物理和等离子体物理实验中取代核加速器。在较为普通的实验中 ,他们已用太瓦级激光产生等离子体感生 γ射线 ,具有足够的能量以引发核裂变。劳仑斯·里弗莫尔国家实验室的另一研究组已用拍瓦激光器获得核裂变。虽然两者的研究有些差别 ,但其实验均演示激光感生核裂变的可能性。英国科学家的实验使用卢瑟福的“火神”激光器。这是一个高功率 Nd∶玻璃激光系统 ,可在 1 0 5 4nm产生纳秒脉冲 ,能量高达2 .6 k J,或皮秒脉冲 ,功率为 1 0 0 TW。该激光使用啁啾脉冲放大 ,…     

高稳定高性能皮秒光参量放大器抽运源研究

结合短脉冲光参量放大抽运源的需求,基于固体放大技术,对光纤锁模激光器输出的6nm带宽皮秒纳焦耳级激光脉冲进行放大,获得了6.2mJ的基频以及3.0mJ的倍频输出,输出脉冲的时间宽度为8.6ps,倍频光峰值功率密度为4.94GW/cm2。采用高增益的Nd3+…YLF再生放大器做前级放大器,利用其光谱增益窄化效应获得窄带的高功率光参量放大抽运光。理论计算表明,在此增益条件下,输出激光的光谱将被窄化至0.3nm。采取了合理的空间整形方案,输出激光的近场呈平顶分布,光束质量优良。再生放大器采用钢棒结构,降低温度变化对系统稳定性的影响,总能量输出稳定性优于1%(RMS)。