台面激光核聚变

上世纪八九十年代发展出的超强、超短脉冲激光器在研究激光与物质的相互作用中引起一场革命，这种激光器所用的啁啾脉冲放大(CPA)现在经常用来产生脉宽为几十飞秒、峰值功率多太瓦(10^12)的激光脉冲。将光束聚焦几微米的光斑时，其激光强度达到10^20W／cm^2以上。更令人注目的是．最新一种激光器可以产生极高的宽度，但其尺寸很小．放在台面即可.     

啁啾脉冲放大产生几太瓦30fs脉冲

啁啾脉冲放大产生几太瓦３０ｆｓ脉冲斯坦福大学已建立一台能产生３０ｆｓ变换极限和衍射极限脉冲、在１０ＨＺ重复频率时具有１２５ｍＪ能量和平均功率为４ＴＷ的钛宝石激光系统。该系统使用啁啾脉冲放大，即一种使甚短持续时间光脉冲从高增益材料有效提取能量而无非线性...     

钕玻璃和钇铝石榴石的皮秒脉冲高效前置放大器

引言目前高功率皮秒激光系统获得了广泛发展。它在X射线振荡[1]、X射线光刻和X射线员微术[2，3]、脉冲气体介质[4]和表面等离子体[5～7]中的高次谐波振荡研究，以及其它许多问题中的应用提出了研制紧凑的太瓦激光系统的课题。目前研制的激光系统有相似的结构，并由振荡器、脉冲凋啾作用装置、放大级和压缩器。使用脉冲啁啾技术[8，9]可有效地将放大级储存的反转能量泵浦至皮秒辐射能量中。设计类似系统的重要元件是选择前置放大器的光学系统。它的要求是将光谱限脉冲有效地放大至毫焦耳级。同时，重要的是放大时保持被放大脉冲的光谱一时…     

飞秒强激光与低密度等离子体相互作用原初过程的实验研究

近年来随着啁啾脉冲放大（ＣＰＡ）技术的应用,激光器件有了长足的发展,系统地研究超短超强激光与等离子体相互作用中等离子体波的产生机制和发展过程,对理解基于等离子体波的电子加速机制和实现等离子体波电子加速器有重大意义． 我们的激光源为太瓦超短超强激光装置（脉宽为 ４５ ｆｓ,输出功率为 ２×１０１２ Ｗ）,采用离轴抛物面镜为聚焦镜,真空焦斑宜径小于２０ｕｍ　,聚焦功率达到 ５×１０１７ Ｗ／Ｃｍ２,我们在电磁气体阀的基础上设计加工了毛细管靶．激光聚焦于真空靶室内毛细管入口,由脉冲延时器控制激光、喷气和数据…     

超强固体激光及其在前沿学科中的应用(1)

20世纪80年代中期发展起来的啁啾脉冲放大(CPA)技术与先进的高功率激光技术及优良的激光增益介质相结合把激光峰值输出功率提高了几个数量级,出现了输出拍瓦级(1015W)皮秒(10-12s)和飞秒(10-15s)脉冲的固体激光装置,聚焦峰值功率密度达到1020~1022W/cm2。激光与物质相互作用的物理过程中,激光功率密度起主导作用,不同光强对应不同的物理学领域。如此高的激光功率密度能够在实验室中产生前所未有的极端物态条件,即超强电场、超强磁场和超高压强等,从而开创了崭新的强场物理领域,推动了相关学科的交叉融合,形成了多个前沿研究方向,如粒子加速、强辐射源、先进光源、阿秒物理、快点火聚变、超热物质、激光核物理、超快过程诊断、激光天体物理、非线性量子电动力学(QED)等,在材料科学、生命科学和医学等领域中也极具应用价值。     

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。     

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)     

高功率光纤飞秒激光放大器的研究现状与发展趋势

针对高功率光纤飞秒激光放大器,介绍了啁啾脉冲放大(CPA)技术的基本原理,讨论了该结构中关键的展宽器和压缩器的发展现状与瓶颈;介绍了典型的大模场面积光纤的结构和工作原理,简介了基于大模场面积光纤的CPA系统的发展现状;介绍了非线性放大技术,讨论了实现更窄脉冲宽度、更高脉冲质量的光纤飞秒激光放大方案;最后分析了全光纤结构、相干合束、单晶光纤增益介质以及皮秒种子源等新型技术,并总结了高功率光纤飞秒激光放大器的发展趋势。     

超短及超强脉冲激光研究进展

超短及超强脉冲激光是具有广泛应用的前沿技术,结合国际上有关该研究的最新进展,介绍了最近在周期量级脉冲激光的产生及包络相位测量、红外飞秒镁橄榄石激光研究、高精度飞秒激光同步、350 TW啁啾脉冲放大激光、飞秒激光腔外压缩等方面取得的结果。     

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 ,…     

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。     

用于高能短脉冲激光的光纤前端系统的展宽与放大特性

光纤技术为惯性约束聚变激光驱动器前端系统提供了许多便利,如便于分路、鲁棒性和稳定性.提出了一套全光纤前端的方案来适应未来高能拍瓦激光装置对种子源的需求.实验研究了这套用于产生高能短脉冲激光的光纤前端系统的啁啾脉冲展宽与放大特性.采用锁模振荡器的相位锁定信号作为系统的参考时钟,将各级光开关器件进行同步.系统采用波导幅度调制器来选取需要的信号重复频率,并用声光调制器(AOM)对放大器级间放大自发辐射(ASE)光进行抑制.通过大模场光纤放大器后系统输出啁啾脉冲峰值功率4.1 kW,脉宽760 ps,输出脉冲稳定.鲁棒性、高可靠性和使用便捷的优点使这套前端系统为高能拍瓦激光装置提供了一种可选择的种子脉冲产生方式.     

衬比度超过10^12的亚皮秒钕激光器

衬比度超过１０~（１２）的亚皮秒钕激光器为了产生超高密度等离子体并使它与超强光场（大于１０１９～１０２０Ｅ／ｃｍ２）相互作用，我们需要衬比度Ｋ＞１０９～１０１０的亚皮秒激光脉冲。为了强度为Ｉ／Ｋ（Ｉ靶表面的峰值强度）的预脉冲产生的低密度等离子体不屏蔽?..     

脉冲形状对半导体激光放大器用于啁啾补偿的影响

光脉冲经过增益饱和的行波半导体激光放大器后,由于放大器的自相位调制,使放大脉冲附加上频率啁啾。合适的附加啁啾不但能抵销入射脉冲的初始啁啾,而且还有可能借助简单的群速度延迟线对脉冲进行压缩。本文计算了不同形状的入射脉冲经光放大器放大后的输出脉冲形状及其附加的频率啁啾,分析了它们对光放大器用于啁啾补偿的影响。     

激光驱动离子加速的研究进展及其重要应用综述

随着激光技术的不断发展,特别是啁啾脉冲放大技术被提出以来,超强激光脉冲驱动的离子加速研究逐渐吸引了国内外科学家们的广泛关注,在离子能量提升、发散角控制和单能性提高等方面相继取得一系列重要进展。由激光与等离子体相互作用产生的离子束具有能量高、脉宽窄和方向性好等特点,具有许多潜在应用。本文通过回顾激光驱动离子加速的研究历程,对离子加速的主要作用机制、基本理论模型、数值模拟和实验研究等进行详细的阐述,同时对激光驱动离子加速的重要应用进行归纳总结。最后根据当前国内外大型激光装置的发展趋势,对极端光场中的离子加速进行展望。     

超高强度激光：台面极端物理

通过对激光脉冲的展宽，放大与压缩，人们能够产生拍瓦功率，吉高斯磁场，太巴光压与１ｍ／ｓ＾２的电子加速。     

飞秒激光结合啁啾太赫兹脉冲控制CO分子取向

为了研究啁啾太赫兹脉冲诱导后的CO分子取向,采用刚性转子近似求解含时薛定谔方程的方法,进行了理论分析和数值仿真.为了在较低太赫兹场强时获得较好的取向效果,采用了飞秒激光结合啁啾太赫兹脉冲的方案.结果表明,分子取向程度可增强81%.在有限温度条件下,飞秒激光结合啁啾太赫兹脉冲诱导分子取向的效率随温度的升高而降低;相对于少周期太赫兹脉冲,啁啾太赫兹脉冲有诱导分子取向的优越性.这一结果对提高CO分子取向程度是有意义的.     

光纤中皮秒高斯脉冲的传输特性研究

对描述具有初始频率啁啾的皮秒高斯脉冲传输的微分方程组用龙格-库塔算法进行了求解,得到了高斯脉冲各参数随距离演化的数值解并据此画出了高斯脉冲包络的演化。数值结果表明：二阶色散与光纤非线性的比值为0.72时,脉冲的展宽可以被光纤非线性有效地补偿,且脉冲的频率抖动和啁啾也可以得到较好的抑制,但是过强的三阶色散和初始啁啾将导致脉冲能量的迅速衰减和波形的快速畸变。     

基于波前传感器的宽带光谱激光系统空间啁啾

分析了空间啁啾对宽带光谱超短脉冲激光系统的影响,提出了利用波前传感器研究神光II 5PW(SG-II-5PW)装置空间啁啾的实验方法。实验中采集了宽光谱超短脉冲激光经过展宽器及多级空间滤波器后的波前特征,测量了系统光路产生的横向空间啁啾和波前像差中心相对系统光轴的偏移量,并通过实时调节色散调节器来消除激光装置的空间啁啾。对比分析了横向空间啁啾被消除前后的波前分布,计算结果表明SG-II-5PW装置激光光束的聚焦性能和远场能量集中度可得到显著提升。     

用干涉自相关包络宽度测量超短激光脉冲啁啾

为了测量超短激光脉冲啁啾值,提出了一种用2次干涉自相关包络宽度测量啁啾值的简单方法。利用2次干涉自相关包络宽度对啁啾有很高的灵敏度、含有不同啁啾量的超短激光脉冲有不同的包络宽度的特性,通过对高斯型强度分布的线性、平方及立方啁啾的干涉自相关包络函数进行了理论分析,得到包络宽度与啁啾量值之间的对应关系。采用干涉自相关2次谐波检测系统对加浓染料激光器输出的含有啁啾的脉冲进行测量,其干涉自相关包络宽度为1.15,被测超短激光脉冲啁啾为1.0。结果表明,根据含有啁啾的干涉自相关曲线两翼的特征,可判断啁啾阶数,再根据包络宽度与啁啾值的对应关系,可估定啁啾量值;用干涉自相关包络宽度能容易地测量超短激光脉冲的啁啾量值。