基于反射式达曼光栅的频率分辨光学开关装置

采用反射式达曼光栅对飞秒激光进行分束,可以避免材料色散的影响.搭建了利用反射式1×2达曼光栅为基础的频率分辨光学开关(FROG)装置,并把测量结果与传统多发频率分辨光学开关装置的测量结果进行了对比.理论和实验结果表明,当输入脉冲宽度大于50 fs时,用达曼光栅作为分光器和使用分光镜分光的效果是一样的;当输入脉冲的宽度小于50 fs时,用达曼光栅作为分光器引入的展宽量明显小于分光镜引入的展宽量,尤其是当输入脉冲的宽度小于20 fs时用达曼光栅作为分光器的效果更为突出.     

飞秒激光脉冲的腔外压缩

为了获得更高的时间分辨率,更短的飞秒脉冲,采用双棱镜和一个平面镜结构对飞秒激光脉冲进行腔外压缩,构建了一台二次谐波频率分辨光学开关装置,对谐振腔输出的飞秒脉冲及压缩后的脉冲进行了测量,取得了脉冲压缩前和压缩后的实验数据,压缩前脉冲的宽度为89fs,脉冲的时间带宽积为0.9096,误差为2.4‰,输入脉冲的平均功率约为480mW;脉冲压缩后的测量结果为22fs,光谱宽度为43nm,时间带宽积为0.44203,误差为1.1‰,压缩脉冲的平均功率约为250mW.压缩比为4:1,高于有关文献的报道.结果表明,该装置实现了飞秒脉冲腔外压缩,对获得更短的飞秒脉冲是有帮助的.     

呼吸脉冲锁模的光子晶体光纤飞秒激光器

报道了一种掺Yb偏振型大模场面积光子晶体光纤(LMA-PCF)飞秒激光器。作为增益介质的光子晶体光纤的单模场面积比传统光纤高一个数量级,有效地降低了非线性系数,使激光器获得高能量输出。激光器基于线形腔结构,利用半导体可饱和吸收镜实现自启动锁模。光纤激光器利用光栅对进行腔内色散补偿,使其运转在呼吸脉冲锁模状态,即在谐振腔的零色散点附近实现锁模。当腔内净色散呈反常色散时,激光器获得了平均功率为400mW,重复频率为47MHz(对应于8.5nJ的单脉冲能量),脉冲宽度为500fs的稳定的锁模脉冲输出,经腔外色散补偿,脉冲压缩至98fs。当腔内净色散呈正常色散时,激光器输出的单脉冲能量为10.6nJ,脉冲宽度为1.76ps,经腔外色散补偿,脉冲压缩至160fs。     

基于色散波的1μm飞秒光纤啁啾脉冲放大系统

飞秒激光在工业加工、激光传感、军事国防、科学研究等领域有着重要的应用前景。报道了一个工作在1μm波段的飞秒光纤啁啾脉冲放大(FCPA)系统。该系统主要包括一个1.5μm全光纤被动锁模光源、一个1μm波段非线性频率转换装置、两级掺镱光纤放大器及一个基于透射式衍射光栅对的脉冲压缩器。掺铒锁模光源中心波长为1.55μm、3dB光谱带宽为12.9nm、重复频率为17.5MHz,经功率放大后注入一段9.5cm高非线性光纤中产生1μm波段色散波,其中心波长为1070nm,3dB光谱带宽为33nm。将此色散波脉冲作为种子源通过声光调制器选频后得到重复频率为1.09 MHz的脉冲输出。随后功率放大至11.4 W,压缩后得到平均功率为7.7 W、10dB光谱宽度为21.4nm、脉冲宽度为270fs、峰值功率为26 MW的飞秒脉冲激光输出。     

利用块状介质进行飞秒强激光脉冲的腔外压缩

高强度飞秒激光脉冲的腔外压缩是获得高次谐波阿秒脉冲驱动源的必要手段.实验研究了超强超短飞秒激光脉冲在经过块状介质后的光谱展宽和色散补偿压缩现象.单脉冲能量0.26 mJ,脉宽50 fs的激光脉冲经透镜在空气中聚焦后再入射到块状材料上,出射脉冲光谱被展宽到接近40 nm.由于在块状材料中的自聚焦效应,出射光束质量变好并保持较小的空间啁啾.利用熔融石英棱镜对补偿带有正色散的出射脉冲,最后得到＞0.1 mJ,19 fs的压缩脉冲.利用SPIDER装置测量了出射脉冲的脉宽和光谱相位.整个系统的能量效率大约为35%,压缩后的激光脉冲具有很好的空间分布和平滑的时域包络.实验结果实现了利用块状材料对飞秒激光脉冲的腔外压缩,这种方法将适用于对更高能量飞秒脉冲的压缩.     

基于多层薄板的全固态高能量飞秒激光脉冲非线性压缩技术

基于掺Yb³⁺光纤和掺Yb³⁺晶体的飞秒激光器输出的飞秒激光脉冲具有较高的脉冲能量和平均功率,被广泛应用于科研和工业生产;但受Yb³⁺增益介质增益带宽的限制,输出脉冲宽度很难小于300 fs。利用飞秒激光脉冲在多层薄板中的自相位调制效应,分别对基于掺Yb³⁺光纤和掺Yb³⁺晶体的飞秒激光器输出的飞秒激光脉冲进行非线性压缩。通过优化非线性压缩装置的各项参数,实现了对低能量、窄脉宽和高能量、宽脉宽脉冲的非线性压缩,分别获得了脉冲能量为64μJ、脉冲宽度为42 fs和脉冲能量为315μJ、脉冲宽度为79 fs的飞秒激光脉冲输出,第一级非线性压缩效率均超过80%,整体压缩效率分别为53%和65%。     

输出大啁啾脉冲的展宽脉冲锁模光纤激光器

报道了一种大啁啾脉冲输出的全光纤展宽脉冲锁模激光器,以非线性偏振旋转(NPR)实现自启动锁模。激光器其余部分为全单模光纤(SMF)结构,提供很大的正色散,光栅对提供色散补偿,输出展宽脉冲。实验中得到了重复频率36.96MHz,单脉冲能量1.81nJ的稳定锁模脉冲序列,使用频谱分析仪观测得到脉冲序列一次谐波信噪比(SNR)达到80dB。直接输出脉冲有很大的正啁啾,脉宽为2.17ps,经过腔外压缩可获得70fs的脉冲。这种能压缩到百飞秒量级的大啁啾脉冲非常适用于光纤啁啾脉冲放大(CPA)系统。     

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。     

双倍密度光栅的飞秒压缩技术

飞秒激光技术是当前激光前沿领域的发展内容之一,飞秒脉冲的压缩手段更是其中重要的研究内容。在飞秒脉冲的压缩中,必须使用负的色散元件来补偿飞秒激光钛宝石晶体本身所具有的正的色散以实现压缩。现有的负色散补偿技术包括使用以下三种方式:高密度光栅对、棱镜对、啁啾镜。这三种补偿方式各有优缺点,其中,传统的高密度光栅对只能提供较大的色散量,往往用于飞秒脉冲大范围的展宽和压缩;啁啾镜提供的啁啾量较小,成本也太高;棱镜对的色散能力较小,需要较长的工作距离才能有足够的色散量,往往体积庞大,而且也太重。因此,发展一种新型的补偿方…     

基于Mach-Zehnder干涉仪的自相似激光器压缩系统设计

为了研究自相似脉冲在Mach-Zehnder干涉仪的压缩特性，采用非线性薛定谔方程对自相似脉冲的演化和压缩进行了模拟，分析了基于级联单模光纤的Mach-Zehnder干涉仪的光纤参数对脉冲压缩的影响。结果表明，在不考虑高阶色散的情况下，当上臂的两种单模光纤长度分别为8.16 m和2.16 m、下臂的单模光纤长度为8.16 m时，获得半峰全宽为27.85 fs、峰值功率为1860.59 W、基座能量比例为10.241%的最佳压缩脉冲；考虑高阶色散时，脉冲在单模光纤中传输呈现出峰值功率增大、基座增大的现象，且脉冲右移不利于输出基座较小的压缩脉冲；当3阶色散系数小于0.001 ps³/km时，利用Mach-Zehnder干涉仪来压缩能获得质量较好的飞秒脉冲。该研究结果对于自相似脉冲的压缩研究具有一定的参考价值。     

飞秒激光在LiNbO3晶体上烧蚀衍射光栅

利用脉冲宽度为50 fs,中心波长为800 nm,重复频率为1000 Hz的乜秒激光脉冲在LiNbO3晶体上烧蚀表面衍射光栅,采用632.8 nm的He-Ne激光测量不同光栅的衍射效率.在激光脉冲能量和光栅常数相同的情况下,烧蚀速率由20 μm/s增大到200 μm/s时,所加工光栅的1级衍射效率从1.7%增大到2.3%;如果光栅常数和烧蚀速率不变,将激光脉冲能量由70 nJ增大到110 nJ,所加工光栅的1级衍射效率从1.9%减小到1.3%;随着光栅常数的增大,在LiNbO3晶体上烧蚀光栅的各级衍射效率也随之增加.对实验结果进行理论分析表明,可以通过提高烧蚀速率、降低激光脉冲能最和增大光栅常数来提高飞秒激光加工光栅的衍射效率.     

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。     

飞秒啁啾脉冲放大系统调节精度的研究

以负色散光栅对压缩器为模型，通过系统的色散误差公式从理论上分析了飞秒啁啾脉冲放大糸统甲的展苋器和压缩器的调节精度与系统的光栅对距离、光栅入射角、光栅密度等参量的关系，以及不同宽度入射脉冲对系统调节精度的要求。结果表明，必须选择合适的光栅入射角和光栅密度才能在满足系统对综合性能要求的同时降低对系统调节精度的要求；系统中光栅入射角度的调节具有最高的调节精度要求；入射脉冲宽度越窄则对系统的调节精度的要求越高；整个系统的优化中如果考虑各阶色散之间的相互补偿作用，则可以减少光栅对距离和光栅入射角的调节精度要求。     

波面倾斜脉冲泵浦的高效可见光飞秒光参量产生和放大器

利用脉冲波面倾斜技术补偿三波相互作用的群速度失配，建立了掺钛蓝宝石飞秒再生放大器输出倍频光泵浦共线类匹配ＢＢＯ晶体的光参量产生和放大器，其信号和空闲光输出调谐范围为０．４７～２．７μｍ，脉冲宽度为１００～１７０ｆｓ，重复率为１ｋＨｚ。脉冲最大输出能量为６．５μＪ，总能量转换效率大于１５％。     

LiNbO3:Fe晶体中飞秒二波耦合光栅衍射自增强现象

在超快二波耦合配置下的LiNbO3：Fe晶体中写人了体相位栅，通过一定的脉冲写人方法进行飞秒脉冲写人光栅的衍射自增强实验，在双光写人饱和后进行单写人光照射，产生了持续1h的衍射自增强，同时又发现在光栅写人未饱和的时候改为单光写人也产生了衍射自增强现象，持续2h。随后从光调制角度分析了该自增强现象的理论原因：脉冲衍射光和写人光共同作用，提高了二者耦合程度，写人了新光栅，从而加强原光栅，导致衍射效率提高，从而证明飞秒脉冲写人光栅的读出擦除可抑制，这对提高光全息记录的读出质量有正面意义。     

光纤—光纤光栅脉冲压缩器的研究

本文提出了利用正常色散光纤加线性啁啾光纤光栅组成全光纤光脉冲压缩器方案,理论和数值分析了压缩器的压缩特性,给出光纤－光纤栅压缩器的设计规则,指出了有关文献压缩器设计规则的局限性,提出了新结论。     

Grating compensation of third-order material dispersion in thenormal dispersion regime: Sub-100-fs chirped-pulse amplification using afiber stretcher and grating-pair compressor

We describe a method for compensating large amounts of second- and third-order material dispersion, and we present two simple, compact and robust stretcher-compressor systems for microjoule-and millijoule-level chirped-pulse amplification. These systems, which use dispersive material to stretch and a modified grating pair to compress the pulse, provide expansion and compression with full cubic-phase compensation. Unlike previous fiber-stretcher systems which were limited to picosecond pulse durations, these systems can be used effectively with 50-fs microjoule pulses or 100-fs millijoule pulses. The results of our model are described, including the quartic-phase limitations for both systems. We discuss other applications of this grating pair to other areas of ultrafast optics, including intracavity dispersion compensation for femtosecond oscillators