飞秒激光啁啾脉冲放大中脉冲展宽技术研究

计算了啁啾脉冲放大技术中光栅展宽器对钛宝石飞秒脉冲的时域展宽量，并从实验中进行了观测．计算了放大器腔内元件的群色散量，进而提出了省略腔外展宽器的可能性．

啁啾脉冲激光放大的数值分析

从Ｍａｘｗｅｌ波动方程出发，建立了描述脉冲在啁啾放大系统中传播的非线性薛定谔方程；采用数值计算，系统地分析研究了放大过程中的各种效应对脉冲的影响，给出了啁啾脉冲在频域、时域内及放大压缩后脉冲信噪比的动态演化特征；讨论了展宽器附加色散量在放大过程中的影响。

高功率全光纤啁啾脉冲放大激光系统

采用基于非线性偏振旋转原理的光纤被动锁模激光器作为主振荡器。输出信号脉冲的重复频率为30MHz,脉冲半高全宽为265fs。信号脉冲通过全光纤啁啾脉冲激光放大系统展宽至100ps后,经过1级芯径10μm的光纤预放大器和1级芯径50μm的光纤功率放大器将脉冲平均功率放大至10W,斜率效率41.5%。输出脉冲经光栅压缩器将脉宽压缩至594fs。

皮秒短脉冲光参量啁啾脉冲放大中泵浦信号高精度同步主动控制技术研究

在皮秒短脉冲泵浦的光参量啁啾脉冲放大(ps-OPCPA)系统中,泵浦光与信号光之间的高精度时间同步是需要解决的关键问题之一.本文基于中国工程物理研究院激光聚变研究中心的全OPCPA激光装置,对用于前端ps-OPCPA中泵浦光与信号光的高精度同步主动控制技术进行了详细研究.采用大啁啾信号光窄光谱光参量放大的主动反馈方式,通过合理设计反馈光路信号光的时域展宽啁啾系数,将泵浦光与信号光的同步时间抖动从ps量级降低至百fs量级的时间范围,从而极大地改善了前端ps-OPCPA的能量和光谱不稳定性:7 min测试时间内泵浦光与信号光相对同步时间抖动的均方根值(RMS)从458 fs改善至93 fs,输出能量RMS不稳定性从30.3%改善至3.15%,且维持光谱宽度大于100 nm的稳定宽光谱输出.

钛宝石飞秒激光的啁啾脉冲再生放大

根据多通放大理论计算分析了再生放大器的激光放大特性，并采用啁啾脉冲放大技术完成了钛宝石飞秒脉冲激光的再生放大实验，获得了２ｍＪ的输出脉冲能量，增益大于１０６，对有关现象作了讨论。

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。

啁啾脉冲放大激光系统中展宽器色散的解析算法

时域色散精密控制是超短激光产生及其应用中的关键技术之一,它通过控制各波长的光程产生相对延迟从而改变脉冲宽度.展宽器是啁啾脉冲放大激光系统中对激光脉冲展宽的装置,基于光线追迹法研究光线在展宽器中的传输路径,可计算飞秒脉冲中各波长的光程,进而计算脉冲展宽量并应用于系统设计.由于展宽器的光程表达式复杂,直接对其求导获得色散表达式较困难,目前只能采用数值导数获得近似解,这在计算过程中会引入误差,不利于激光系统精确设计和优化.本文介绍了一种易实现的求解展宽器色散的解析算法,通过归纳展宽器光程表达式特点,引入四个基元函数,将光程表达式分解和反复代换,可得到高阶色散的精确解析值.本文首先对Martinez型展宽器重新光线追迹,获得与Offner型展宽器一致的相位表达式,其次通过解析算法获得了两种展宽器的精确高阶色散值,最后将解析算法与数值算法的结果进行了比较.该解析算法对于啁啾脉冲放大系统的参数设计具有实用价值.

自由电子激光放大啁啾脉冲的数值模拟

利用1维非定态程序对单程自由电子激光(FEL)放大器放大线性啁啾脉冲的过程进行了数值模拟,得到了不同啁啾参数的脉冲通过FEL放大器的增益曲线,计算了不同啁啾参数的脉冲被单程FEL放大器放大后的腔外压缩情况。通过对数值模拟结果的定性分析得出:影响输出脉冲宽度和峰值功率的主要因素是FEL放大器的增益线宽和啁啾参数,并以此说明,通过先使用FEL放大器放大啁啾脉冲、然后再将其在腔外压缩的方法产生超短脉冲FEL是可行的。

激光脉冲啁啾影响双色激光场诱导气体产生太赫兹辐射特性的理论研究

随着太赫兹波研究的深入,研究者们对可调控太赫兹源的需求不断增加.如何获取可调控的太赫兹波一直是太赫兹科学领域的研究热点和关键问题之一.本文通过建立双色激光诱导气体电离光丝产生太赫兹波及其后续传播过程的三维理论模型,详细研究了双色泵浦激光的啁啾参数对飞秒激光场辐射产生太赫兹波的影响.研究结果表明,在激光脉宽为飞秒量级时,以40 fs的情况为例,当啁啾参数在与激光脉宽处于相同的飞秒量级尺度上时,其对太赫兹波的振幅与频谱都产生显著影响.在双色飞秒激光场中,基频波和倍频波的啁啾各自起到不同的作用:基频波的啁啾主要影响太赫兹波的时域波形,而倍频波的啁啾则决定了太赫兹辐射的振幅大小、中心频率与频谱宽度.研究表明,激光啁啾作为一种可控的参数,对所辐射的太赫兹波属性具有多重调制效果,且相关啁啾的作用规律随双色激光的初始相位也呈现规律性变化.这些结果为研究太赫兹辐射的产生与调控提供了新的思路与依据.

从啁啾脉冲放大到强场激光物理——2018年诺贝尔物理学奖解读

1985年,Donna Strickland和Gérard Mourou等提出了啁啾脉冲放大(chirped pulse amplification,CPA)技术的概念,这是超高峰值功率超短脉冲激光技术发展的一个重要里程碑,直接推动了超强超短激光和强场激光物理等研究领域的诞生。目前,利用CPA技术已经可以获得峰值功率达到10拍瓦(PW,1 PW=10^(15) W)量级的激光脉冲,被认为是"将影响从聚变到天体物理的每一项研究"的成果。也正因此,发明啁啾脉冲放大(CPA)技术的法国科学家Gérard Mourou和加拿大科学家Donna Strickland,获得了2018年诺贝尔物理学奖。首先,初步介绍了Strickland和Mourou提出的啁啾脉冲放大(CPA)技术;然后,结合上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点室在超强超短激光技术和强场激光物理研究等方面的成果,以及承担的国家重大科技基础设施项目"上海超强超短激光实验装置",简单介绍了Gérard Mourou和Donna Strickland获奖的意义;最后,对相关领域未来发展进行了初步的展望。

光谱滤波实现激光啁啾放大的脉冲整形

基于啁啾脉冲激光放大原理 ,从Maxwell波动方程出发 ,建立了描述脉冲在啁啾放大系统中传播的非线性薛定谔方程 ,系统研究了啁啾脉冲在放大过程中增益窄化效应对频域内的光谱和时域内的脉宽造成的影响 .结果表明 ,在放大过程中 ,脉冲频谱及其时间结构均将随小信号增益的增大和放大介质增益带宽的减小而逐步变窄 ,其相应压缩后的脉冲时间宽度将增大 .在此基础上 ,提出并分析了利用再生腔内插入一定线型的损耗元件来减弱或消除这一效应 。

能量啁啾电子束自由电子激光放大啁啾脉冲

提出采用具有能量啁啾电子束的自由电子激光放大器放大啁啾脉冲,分析说明了它的工作机理和滑移现象对其的影响。采用研制的1维非定态程序GOFEL-P,对能量啁啾自由电子激光放大器放大啁啾脉冲的过程进行了数值模拟和分析,计算了不同啁啾参数的脉冲被放大后的腔外压缩情况。结果表明:与单能电子束时相比,能量啁啾自由电子激光可以放大具有更大啁啾参数的啁啾脉冲,使压缩后的脉冲峰值功率增大至568 GW,脉冲宽度缩短至2.29 fs,大幅增强自由电子激光放大啁啾脉冲以及腔外压缩脉冲的效果。

从超短光到超短超强光的突破——解读获2018年诺贝尔物理学奖的啁啾脉冲放大技术

啁啾脉冲放大技术是超高峰值功率超短脉冲激光发展的重要里程碑,极大推动了超强超短激光和强场激光物理等研究领域的发展,因而获得2018年的诺贝尔物理学奖。本文从技术原理层面对啁啾脉冲放大技术进行简要解读。

啁啾脉冲激光放大系统中展宽倍数的计算与实验测量

通过简单方法，对常用光栅展宽器的展宽倍数进行估算，分析了影响展宽器展宽倍数的因素，并将计算结果与实验中的两种测量的结果作了比较，证实了计算的准确性，为分析飞秒锁模脉冲经过展宽器后脉冲的展宽情况提供了有效手段．

基于啁啾脉冲放大的掺铒全光纤结构激光器

为了使全光纤结构啁啾脉冲放大实现超短激光的脉冲输出,采用色散补偿光纤对种子脉冲进行了展宽,利用普通单模光纤来实现放大后脉冲的压缩。对整体激光系统进行了理论分析和实验验证,获得了420fs的超短激光脉冲,平均功率达到1.81W。并利用周期极化的铌酸锂晶体对放大激光脉冲进行倍频,将激光波长拓展到近红外的780nm附近,光谱半峰全宽达到11nm。结果表明,在全光纤结构的掺铒光纤激光系统中,可以通过改变色散光纤的插入量对脉冲展宽和压缩过程中光谱畸变进行有效的控制。这一结果对于实现高功率的全光纤超短脉冲放大系统是有帮助的。

啁啾脉冲放大技术

非线性效应使激光光强限制在１０９ Ｗ／ｃｍ２ 量级。在过去十年间，各国科学工作者利用啁啾脉冲放大技术（ＣＰＡ 技术） 将激光光强提高到１０２０ Ｗ／ｃｍ ２ 量级。文章就ＣＰＡ 技术中的短脉冲放大，展宽／ 压缩比的调节及大光谱脉冲的放大等问题作了具体讨论。最后，还以惯性约束核聚变（ＩＣＦ） 点火器为例，讨论了超高光强激光的应用。

300W线偏振飞秒全光纤啁啾脉冲放大系统

报道了高平均功率的线偏振啁啾脉冲放大系统。该系统包括全光纤结构的多级放大器以及透射光栅脉冲压缩器。压缩前,实现了近衍射极限光束输出,平均功率425 W,光光效率81%,消光比约13dB;压缩后,获得了平均功率300 W、脉宽315fs、峰值功率12 MW的激光脉冲,为目前报道的最高平均功率的线偏振光纤啁啾脉冲放大系统。

啁啾脉冲堆积及其放大特性

根据啁啾脉冲堆积的原理以及模型介绍了两路脉冲堆积时脉冲的时间与频谱特性,分析了堆积脉冲产生时间与频谱调制,以及交叠区产生非线性频率啁啾的原因。通过非线性薛定谔方程,分析了堆积脉冲的放大特性,介绍了啁啾参量对放大结果的影响以及放大后堆积脉冲的频率啁啾的变化。研究表明,在堆积脉冲的放大过程中自相位调制效应非常明显,严重影响了脉冲的频谱与频率啁啾。

光参量啁啾脉冲放大增益特性研究

通过对非线性三波耦合方程组进行数值求解 ,研究了光参量放大 (OPA)的增益特性及饱和放大特性。给出了泵浦光、信号光参数对参量增益的影响及其与晶体饱和长度的关系。结果表明 :OPA具有传统啁啾脉冲放大 (CPA)系统所不具有的优点 ,将有可能取代传统的 CPA系统而作为超短超强激光系统的新型前端。

光参量啁啾脉冲放大过程中脉冲特性理论研究

通过数值求解非线性三波耦合方程组 ,并利用色散致啁啾引起的瞬时频率与时间的关系 ,模拟了啁啾脉冲在光参量放大过程中的脉冲波形和频谱形状的变化关系 ,以及通过压缩器的脉冲形状。模拟结果表明 :啁啾脉冲在光参量放大过程中的时域宽度和频谱有很小程度的加宽 。