拍瓦级光参量啁啾脉冲放大系统中光参量相位演化研究

在基于光参量啁啾脉冲放大的拍瓦级超短超强飞秒激光装置中,光参量相位是阻碍脉冲时域压缩的关键因素。对中国工程物理研究院的数拍瓦全光参量啁啾脉冲放大装置（SILEX-II）的光参量相位演化进行了详细研究。研究结果表明,通过光参量放大过程累积的群延迟色散高达532 fs2,三阶色散高达5782 fs3,在未补偿光参量相位的情况下,压缩脉冲的时域峰值强度仅为傅里叶变换极限脉冲的43%。通过调节压缩器光栅间距,补偿了光参量相位的群延迟色散,将压缩脉冲的时域峰值强度增加至傅里叶变换极限脉冲的94%。研究结果为SILEX-II激光装置的脉冲时域压缩提供了有效指导,同时也为未来基于全光参量啁啾脉冲放大技术的10～100 PW高峰值功率激光器的设计提供了依据。     

基于相位调制和光参量放大的光短脉冲源实验研究

提出了一种基于光参量放大和相位调制加色散压窄产生高消光比短脉冲源的新方法.连续抽运光首先经过LiNbO<,3>强度调制器,利用强度调制的倍频调制特性产生占空比为33%的光脉冲,再经相位调制器在脉冲的主体部分引入最大线性正啁啾,经参量放大后所生成的闲频光的啁啾为抽运光的2倍,通过合适的色散介质得到了11.4 ps的短脉冲...     

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。     

高信噪比拍瓦激光装置的前端优化设计

设计了一种用于替代现有商业化1053nm飞秒锁模激光振荡器的方案。该方案通过光参量啁啾脉冲放大技术(OPCPA)实现能量放大和波长变换,产生作为基频光的3160nm中红外激光脉冲,然后利用三倍频(THG)方式,实现高信噪比1053nm脉冲输出。该方案的应用有望提升拍瓦激光装置的前端信噪比,进而改善整个装置的输出信噪比。     

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。     

中红外超强超短激光研究进展（特邀）

近年来,可调谐中红外新波段超强超短激光的出现与迅速发展,开辟了强场物理领域中迄今仍很少探索过的参量空间,为开拓超强超短激光与物质相互作用的新物理、新效应及新应用提供了新机遇。文中总结了中红外超强超短激光近年来的发展趋势与研究方向。针对光参量放大、光参量啁啾脉冲放大、中红外脉冲后压缩以及中红外新型光场调控技术4个研究方向,较全面地分析各自的国内外研究现状,并对未来中红外超强超短激光的发展趋势进行了展望。     

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。     

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.     

基于再生锁模控制的激光器高次谐波研究

针对高次谐波稳定性差的问题,采用再生锁模控制的方法。首先分析锁模脉冲的形成机制,接着对光频率进行合成,经三波瞬态耦合波方程,最后得到高次谐波。在实验装置中得到均衡的脉冲图像且锁模脉冲平滑,获得高信噪比和高稳定性放大的信号光,因此增加光参量啁啾脉冲放大系统的灵活性,本文所采用的分析方法对其他光源的稳定设计也有借鉴作用。     

基于ED-NALM的全光波长变换理论模型

提出了应用非线性掺饵光纤放大环镜进行全光波长变换的理论模型.详细研究了反转光脉冲的峰值功率、脉冲宽度和消光比等重要物理参量以及反转光脉冲继续在常规单模光纤中传输时的演变特性.结果表明:应用此模型,反转光脉冲除具有较高的峰值功率和消光比外,脉冲的宽度也比初始信号脉冲的宽度窄,而且脉冲的中心部分带有一定量的线性上啁啾,当其在常规单模光纤中传输时,在光纤的初始阶段,脉冲的峰值功率将经历先增加后减小的变化过程,而脉冲宽度的变化趋势与其正好相反.     

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。     

Design of a multi-petawatt optical parametric chirped pulseamplifier for the iodine laser ASTERIX IV

A theoretical design is presented for the generation of peak powers up to ~5 PW and focused intensities higher than 10²³ Wcm^-2 with pulse duration ~20 fs using an optical parametric chirped pulse amplifier (OPCPA) pumped by the high-power iodine laser Asterix IV. These values represent an improvement to the existing Asterix laser by a factor of ~1000 and at least LOO 000 for the output peak power and focused intensity, respectively. The OPCPA system consists of two LBO preamplifiers and a KDP power amplifier and is pumped by the laser third-harmonic output (438 nm, 500 ps, 500 J). Numerical simulations show that saturation within the OPCPA can be effectively used to counteract the bandwidth narrowing effects brought about by the temporal variation of the pump pulse intensity. The results demonstrate that the OPCPA represents a powerful technique for the generation of ultrahigh powers with iodine lasers at a level currently not achievable with any other approach, and proves that the iodine system is particularly suitable as an OPCPA pump source     

光参量啁啾脉冲过饱和放大实现超短脉冲的频谱整形

光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)非线性过程是个可逆过程,信号光增大到最大值时抽运光能量已几乎被耗尽,随即进入过饱和放大阶段,能量会由信号光和闲频光重新回到抽运光中.提出了利用这一过程实现啁啾脉冲频谱整形的一种新方法.通过数值模拟说明了这种啁啾脉冲频谱整形方法的原理.计算结果也表明了通过改变抽运光强、调节相位匹配角、改变抽运脉冲波形能实现对脉冲频谱整形结果的有效控制,甚至可以通过选择适当的抽运光和信号光的同步关系,使放大后输出信号光有一定的频移,这一点可以用来抑制钛宝石饱和放大引起的光谱红移.     

高功率超短激光脉冲特性的三阶相关测量

为了准确测量皮秒量级超短脉冲的信噪比,扩大测量仪器的可测动态范围,针对高功率超短激光脉冲在相关过程中产生参量荧光的问题,研制了一台重复频率扫描测量的三阶相关仪,并在皮秒域短脉冲光学参量啁啾脉冲放大(OPCPA)抽运源上开展了测量技术研究。研究实验表明,通过采用大角度非共线匹配方式,消除了参量荧光对测量过程的影响,进而通过结构优化降低了背景噪声的影响,使可测动态范围达到107左右。由于互相关技术的非对称性,该测量系统可同时提供时间波形的分析功能。测量结果显示,激光脉冲前沿与双曲正割(sech)型曲线比较吻合,而脉冲后沿与高斯型曲线吻合得比较好。     

基于YCOB晶体分析信号光脉冲时间特性对光参变啁啾脉冲放大光谱和转换效率的影响

基于YCOB晶体中三波耦合方程理论模型,在抽运光波形和能量、晶体长度相同的条件下,研究信号光的时间波形对光参变啁啾脉冲放大(OPCPA)光谱和转换效率的影响。计算过程中,抽运光和信号光能量分别为45J和500mJ,光斑直径分别为60mm和50mm。抽运光脉宽取3ns,信号光脉宽为1.2ns。数值结果显示,信号光放大后的光谱和转换效率与输入信号光的时间波形有关。1阶高斯型脉冲光谱的半峰全宽(FWHM)得以展宽,由原来的36nm展宽为放大后的61nm,2阶超高斯脉冲频谱展宽为47nm,高斯脉冲的阶数越高,谱宽展宽越小,5阶和5阶以上的高斯脉冲光谱不再展宽,几乎保持原来36nm不变;1阶高斯脉冲的转换效率最高,达到32%左右,2阶高斯脉冲只有25%,8阶以上转换效率基本变化不大,约为19%。信号光脉冲时间特性对OPCPA的光谱输出和转换效率产生很大的影响。     

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。     

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。     

简并光学参量振荡器的同步研究

通过计算简并光学参量振荡器系统的李雅普诺夫指数,证明了该系统存在混沌和超混沌吸引子,即简并光学参量振荡器是混沌系统,并得到了系统处于混沌状态时的参数取值范围.进一步,利用反馈技术实现了简并光学参量振荡器的混沌同步和周期同步,给出了反馈控制的具体形式并进行了仿真计算,理论结果与数值仿真结果一致.     

可调谐超短中红外激光脉冲的参变产生与放大及其最新进展

介绍了基于非线性光学参变过程产生和放大中红外可调谐超短激光脉冲的主要方法,比较了参变振荡、差频产生、光学参变放大和啁啾脉冲光学参变放大等4种产生与放大方法的技术特点,重点评述了最近10年来国内外利用光学参变放大和啁啾脉冲光学参变放大实现大增益宽带和高峰值功率输出的最新进展.探讨了获得更高能量/功率和更短脉冲(更大带宽)...     

Pulsed optical parametric generation, amplification, and oscillation in monolithic periodically poled lithium niobate crystals

We conducted a series of passively Q-switched Nd:YAG laser pumped optical parametric generation, amplification, and oscillation experiments in monolithic periodically poled lithium niobate (PPLN) crystals. Double-pass optical parametric generation with an effective gain length of 10 cm in a PPLN crystal was performed in comparison with single-pass operation in the same crystal. By seeding a PPLN optical parametric amplifier with a distributed feedback (DFB) diode laser, we produced 200-ps transform-limited laser pulses at 1549.6 nm and observed parametric gain competition at different pump levels. For optical parametric oscillations, we first demonstrated 22% power efficiency from a 2.4-cm intrinsic-cavity PPLN optical parametric oscillator pumped by a 4.2-ns, 10-kW passively Q-switched Nd:YAG laser. Preliminary studies on DFB optical parametric oscillators in PPLN are mentioned. The temporal and spectral properties of these optical parametric generators, amplifiers, and oscillators are characterized and discussed.