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。     

宽带激光参量放大器及其在飞秒拍瓦（10^15W）脉冲激光技术中的应用

飞秒超高功率,超高强度激光系统将为极端条件下的激光和物理相互作用提供实验研究手段,支持飞秒激光脉冲放大的宽带激光放大器是研制这类强激光系统的关键单元。本文讨论了参量光放大器的宽带特性,它可用于飞秒啁啾脉冲激光放大。据此,建立利用此方案结合纳秒钕玻璃高能激光装置产生飞秒超强激光脉冲、和传统的钕玻璃啁啾脉冲激光放大相比,ＯＰＣＰＡ可大幅度提高输出功率和光束质量。     

超短激光脉冲技术及其研究进展

首先阐述超短激光脉冲发展的几个历史阶段及其特点．并介绍了飞秒激光器的类型及飞秒脉冲的产生、放大与测量，最后介绍了飞秒激光技术的相关学科。     

超短脉冲偏振分割放大技术研究进展(特邀)

介绍了超短脉冲偏振分割器的基本类型和放大器的光路布局,总结了国内外采用偏振分割放大技术抑制光纤非线性效应、提高超短脉冲输出能量和突破增益介质抗损伤阈值方面的新进展。重点报道了偏振分割放大技术在高重复频率高功率掺铒飞秒激光器研制方面的最新进展,基于双程放大结构和多级偏振分割,同时实现超短脉冲的非线性放大与脉冲压缩,结合光学倍频,获得百毫瓦百飞秒,中心波长780 nm的激光脉冲,为实现结构紧凑、使用方便、环境稳定、光束质量好的飞秒激光光源提供了一个有效的技术途径,有望部分替代钛宝石激光器,在太赫兹产生、生物医学成像、光学非线性效应研究等方面拓展应用。     

飞秒光参量放大技术原理及应用

飞秒光参量放大技术是一种获得宽带飞秒脉冲的有效手段.首先介绍了飞秒光参量放大技术的基本原理,并通过数值模拟显示了群速度失配及位相失配对信号转换过程的影响.数值计算结果表明:群速度失配及位相失配会导致转换效率下降,群速度失配还会导致脉冲发生畸变.其次,综述了该技术在超短脉冲特别是周期量级脉冲产生方面的研究进展,并介绍了Baltuska等设计的可以产生3.9 fs脉冲的非共线光参量放大装置.其中,详细讨论了超连续白光注入源、泵浦光角色散以及晶体选择三方面内容.最后介绍了该技术在高能飞秒脉冲产生方面取得的最新研究进展.     

BBO晶体Ⅰ类相位匹配从可见光到近红外光宽带参量放大的带宽研究

超快激光的应用,需要有高功率、窄脉宽和宽调谐的激光光源。飞秒光参量放大是产生可调谐、短至几个飞秒光脉冲的一种重要方法。为获得极窄的飞秒光脉冲,飞秒光参量放大器就应该有尽可能大的本征带宽。理论研究了BBO晶体在Ⅰ类非共线相位匹配条件下的宽带参量放大特性。将多色相位匹配技术应用于飞秒光参量放大,推导出信号光带角色散时的宽带运转条件。分别介绍了从可见光到近红外光选取合适的参数实现宽带运转的方法。基于400nm蓝光抽运的BBO晶体光参量放大器(OPA),系统地分析了非共线角和信号光角色散值对相位失配和参量带宽的影响。研究结果表明选取适当非共线角和在近红外光中引入适当的角色散可极大提高参量带宽。     

高平均功率超短脉冲激光光纤放大研究进展

超短脉冲激光在生物医学、激光微加工、国防等领域有重要的应用.随着双包层光纤激光技术的发展,基于双包层光纤或光子晶体光纤(PCF)的超短脉冲激光光纤放大技术由于在体积、效率、光束质量等方面的优势,倍受关注.主要报道国内外皮秒和飞秒级超短脉冲激光光纤放大的最新进展,介绍其在微加工、超连续谱产生和太赫兹波产生方面的典型应用.     

飞秒激光技术

本文简要概述了迅适发展的飞秒(10-15s)激光技术,其中包括飞秒光脉冲的产生、压缩放大、测量和应用.     

飞秒激光的应用

自1980年下半年起，超短脉冲的产生及其放大技术的研究取得了显著进展。脉宽已由飞秒(10^-15秒)达到阿秒(10^-18秒)；脉冲的峰值功率也由太瓦级(10^12W)向拍瓦级(10^15瓦)发展。利用台式最高级即太瓦级的高强度飞秒激光脉冲产生的超强电场能获得可控的飞秒激光。目前科研人员正进行飞秒激光极限特性的研究及其在工业领域中的应用研究。     

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。     

飞秒激光脉冲技术的发展和应用

飞秒脉冲固体激光技术是９０年代以一发展起来的新的技术热点，运用所谓克尔透镜锁模原理以及色散补偿技术，人们可以轻易地从振荡器中获取小于１０飞秒的光脉冲。与此同时，掣波脉冲放大已经把脉冲的峰值功率提高到兆兆瓦水平。这些进步又推动了飞秒光脉冲的应用。本文简要地回顾了飞秒脉冲技术的发展过程和现状，以及某些应用。     

Chirped pulse amplification of 300 fs pulses in an alexandriteregenerative amplifier

The amplification of femtosecond dye laser pulses up to the 3.5-mJ level in an alexandrite regenerative amplifier is discussed. An expansion/compression system using diffraction gratings allows chirped amplification techniques to be used to produce peak powers upwards of 1 GW. Limitations in the chirped pulse amplification of ultrashort pulses due to intracavity dispersive elements are discussed     

中红外大能量高功率周期量级光学参量啁啾脉冲放大的发展及应用（特邀）

近十年来,超强超短脉冲是激光光学发展的一个重要趋势。尤其是在中红外（MIR）波段,由于中红外波长具有更大的有质动力并且其光谱范围几乎包含了所有分子“指纹”共振峰,这使得中红外激光的研究在强场物理、中红外光谱学、材料加工以及生物医学研究等领域中至关重要。目前已经有许多比较成熟的激光技术可以对脉冲进行整形、放大,例如差频（DFG）、啁啾脉冲放大（CPA）、光学参量放大技术（OPA）以及光学参量啁啾脉冲放大（OPCPA）等。利用OPCPA技术具有的高放大增益、高信噪比、宽增益带宽的优点在高非线性系数的非线性晶体中进行脉冲放大已经成为当前获取超强超短中红外脉冲的主要手段之一。文中总结了利用OPCPA技术在2~20 μm波长范围内产生和放大MIR少周期脉冲的研究进展,并对其在强场物理、分子频谱探测以及生物医学方面的应用进行了简要的阐述。     

A femtosecond code-division multiple-access communication systemtest bed

This paper reports comprehensive experimental results on a femtosecond code-division multiple-access (CDMA) communication system test bed operating over optical fiber in the 1.5 μm communication band. Our test bed integrates together several novel subsystems, including low-loss fiber-pigtailed pulse shapers for encoding-decoding, use of dispersion equalizing fibers in dispersion compensated links for femtosecond pulse transmission and also in femtosecond chirped pulse amplification (CPA) erbium doped fiber amplifiers (EDFAs), and high-contrast nonlinear fiber-optic thresholders. The individual subsystems are described, and single-user system level experimental results demonstrating the ability to transmit spectrally encoded femtosecond pulses over a 2.5-km dispersion compensated fiber link followed by decoding and high contrast nonlinear thresholding are presented     

Photonic Generation of Chirped Microwave Pulses Using Superimposed Chirped Fiber Bragg Gratings

A novel approach to generating linearly chirped microwave pulses in the optical domain based on spectral shaping and linear frequency-to-time mapping is proposed and experimentally demonstrated. In the proposed system, the spectrum of a femtosecond pulse generated by a mode-locked fiber laser is spectrum-shaped by an optical filter that consists of two superimposed chirped fiber Bragg gratings (SI-CFBGs) with different chirp rates. The SI-CFBGs form a Fabry-Perot cavity with a cavity length linearly dependent on the resonance wavelength, thus a spectral response with an increased or decreased free spectral range is generated. A chirped microwave pulse with the pulse shape identical to the shaped spectrum is obtained at the output of a high-speed photodetector thanks to the frequency-to-time mapping in a dispersive device. The proposed technique is experimentally demonstrated, a linearly chirped microwave pulse with a central frequency of 15 GHz and a chirp rate of 0.0217 GHz/ps is experimentally generated.     

紫外飞秒激光的脉宽测量方法

相对于近红外波段的飞秒激光脉冲，紫外波段的飞秒脉冲由于具有单光子能量高、聚焦特性好、电离率高和成丝阈值低等优点，在高功率密度光场的产生、等离子体光物理等领域有着越来越广阔的应用前景，成为激光技术的研究热点。随着紫外飞秒激光技术的发展，传统的脉宽测量方法不能满足需求。指出了紫外飞秒激光脉宽测量研究的主要进展，讨论了目前可用于紫外飞秒激光脉宽的测量方法，主要有双光子荧光测量法、互相关法、简并四波混频法、多光子电离法，介绍了相关测量原理与特点。在此基础上，对紫外飞秒激光脉宽测量技术研究前景进行了展望。     

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。     

基于光谱控制与色散优化的飞秒啁啾脉冲放大系统

飞秒激光在工业加工、精密测量、军事国防、科学研究等领域具有广阔的应用前景。报道了基于光谱控制与色散优化的高功率、高脉冲质量飞秒啁啾脉冲放大系统。利用与压缩器色散量相匹配的色散可调啁啾布拉格光纤光栅(CFBG)作为展宽器,通过微调CFBG色散量补偿系统的残余色散使整个系统的净色散趋于零;同时引入光谱滤波等手段,保证入射到主放大器之前的脉冲光谱形状不发生畸变,避免了放大过程中脉冲质量的劣化。最终获得了重复频率为50 MHz、平均功率为24 W、脉冲宽度为198 fs的高脉冲质量飞秒激光输出。     

Low-noise amplification of high-power pulses in multimode fibers

Low-noise amplification of high-power pulses in multimode erbium/ytterbium-doped fibers is demonstrated. The use of multimode fiber amplifiers allows to overcome the peak power limitations of single-mode amplifiers. As a result femtosecond pulses can be efficiently amplified to peak powers >50 kW in a high-power chirped pulse amplification system using chirped PPLN for frequency-doubling. With an average power level of 1.2 W at the fundamental wavelength of 1.55-μm average powers up to 420 mW are generated at 775 mm