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．

提升啁啾脉冲激光信噪比的扫描滤波方法

基于扫描滤波原理,提出了一种新的用以提升啁啾脉冲激光信噪比(signal-to-noise,SNR)的光学扫描滤波方法.针对内置电光晶体的Fabry-Perot标准具的扫描滤波方案,定量分析了其扫描滤波谱特性,详细讨论了Fabry-Perot标准具平行平板的镜面反射率和内置电光晶体类型对输出脉冲信噪比的影响,并进一步探讨了控制电压变化对信噪比提升效果的影响.结果表明,扫描滤波器的透射窗口带宽越窄,信噪比的提升效果越好;为了保证输出效果,Fabry-Perot标准具平行平板反射率应大于0.9;对于内置二次电光晶体钽铌酸钾晶体的Fabry-Perot标准具扫描滤波方案,其外加电压较内置普通线性电光晶体的方案更低,且更易于控制;钽铌酸钾晶体构成组分的不同对滤波器效果的影响并不大,而控制电压和信号光啁啾率的变化则会对滤波效果产生较大影响.

啁啾超短激光脉冲对稠密共振介质特性的调控

采用光与物质相互作用的半经典理论,建立了稠密二能级体系中含啁啾相位项的光学Bloch方程,并用高准确度、快速和可靠的四阶龙格-库塔法数值求解了该方程.通过数值计算,研究了啁啾超短激光脉冲与稠密共振二能级体系作用下的特性,得到了局域场和啁啾参量对Bloch矢量影响的规律.研究结果表明:局域场修正系数和啁啾参量对Bloch矢量的瞬态相干过程和稳态特性都会产生明显的调制作用,可以通过调节线性啁啾参量和局域场修正系数实现稳定的粒子数布居反转的调控.

强啁啾超短激光脉冲实现粒子布居的调控

采用光与物质相互作用的半经典理论方案,建立了含啁啾相位项的修正光学Bloch方程,并采用高精度的、快速和可靠的、修正的四阶龙格-库塔法数值求解了该方程。通过数值计算,研究了强啁啾超短激光脉冲与二能级体系的相互作用。研究结果表明,啁啾量、入射脉冲面积、脉冲宽度、失谐量都对粒子布居产生明显的调制作用,论文还研究了激光脉冲各参数对粒子布居的调控规律,由此可以通过调节强啁啾超短激光脉冲的各参数来实现对粒子布居的调控。

利用相位光栅的衍射检测啁啾飞秒激光脉冲

分析了一种0ˉπ相位光栅在啁啾飞秒激光脉冲照射下的菲涅耳衍射.通过选择相位光栅的结构,可以使衍射光的±1级分量最大.提取±1级衍射分量,并通过两反射镜将这束光在远处干涉.当飞秒激光脉冲的宽度一定时干涉条纹的强度与飞秒激光脉冲的啁啾系数有关.通过检测干涉条纹的强度,可以间接测量飞秒激光脉冲的啁啾系数.

啁啾超短激光脉冲对二能级体系特性的调控

研究了啁啾超短激光脉冲与二能级体系近共振作用下的特性.采用光与物质相互作用的半经典理论,建立了含啁啾相位项的修正光学Bloch方程,并用高准确度、快速和可靠的四阶龙格-库塔法数值求解了该方程.通过数值计算,得到啁啾符号和啁啾量与Bloch矢量的关系,以及共振失谐量符号和啁啾符号对Bloch矢量性质影响的规律.结果表明,啁啾的符号和大小对Bloch矢量的瞬态相干过程和稳态特性都会产生明显的调制作用,由此可以通过调节激光脉冲的啁啾特性来实现对二能级体系性质的调控.

余弦-高斯激光脉冲在单模光纤中的色散效应

首次提出了余弦-高斯激光脉冲,并证明了该脉冲可由两个相位相反的线性啁啾的高斯激光脉冲叠加得到。由NLS方程出发,对余弦-高斯激光脉冲在色散介质中的色散效应进行了详细的研究。研究结果表明,初始啁啾并不影响入射场的光强分布;当脉冲参数a=1.13时,余弦-高斯激光脉冲的初始脉宽有最小值,且比高斯激光脉冲的初始脉宽要窄;余弦-高斯激光脉冲的展宽因子与传输距离、色散长度LD、激光脉冲参数a、初始啁啾参量C和β2的符号有关,余弦-高斯激光脉冲都比高斯激光脉冲的展宽要快,且参数a越大展宽就越明显。

强激光场中涡旋电子的动力学过程

研究了携带固有轨道角动量的强涡旋电子在强激光中的动力学过程.利用相对论拉莫进动方程和自旋进动方程(T-BMT)方程,研究了涡旋电子的内禀轨道角动量和自旋角动量在啁啾激光场中的演化规律.由于啁啾激光脉冲的不对称性,初始静止的涡旋电子在啁啾脉冲的作用下获得了MeV的加速,并实现了自旋和固有轨道角动量的纵向旋转.因此,通过调控啁啾激光的啁啾参数可以获得具有任意角动量方向的相对论涡旋电子.此外,在Foldy-Wouthuysen表象中,强涡旋电子的运动受到类Stern-Gerlach力的显著影响,从而偏离散射平面.这一现象揭示了轨道角动量和电磁场的相互作用及其与电子动量之间的内在关联,并为控制相对论电子的运动提供了一种全新的手段.

频率啁啾高斯脉冲激光经体光栅的衍射特性

利用描述脉冲激光与体光栅相互作用的耦合波方程,系统研究了不同入射脉宽和啁啾参数的线性啁啾脉冲激光经体光栅衍射时,频域内衍射光谱的振幅和相位变化特性。计算结果表明,衍射啁啾脉冲振幅的光谱宽度受入射脉宽、啁啾参数和体光栅有效衍射谱宽的影响,在体光栅有效衍射谱宽一定时,随着入射脉宽的增大,衍射谱宽减小,衍射效率增大;随着啁啾参数的增大,衍射谱宽增大,衍射效率降低;对于衍射啁啾脉冲频谱的相位分布,随着入射脉宽的增加和啁啾参数的减小,相位变化幅度增大,而且相位分布曲线呈现不对称特性。研究还发现,适当选择体光栅的光栅矢量和入射角,可以利用体光栅的布拉格衍射实现对线性啁啾脉冲激光的整形,而且保持衍射脉冲的频率线性啁啾特性。

腔模可调的高平均功率飞秒激光再生放大器

介绍了一种腔模可调的高平均功率飞秒激光再生放大器.通过调节再生腔内模式大小补偿热透镜效应,从而获得高效率、高平均功率的激光放大.利用该再生放大结构,在1 kHz重复频率、20 W功率抽运下,获得了平均功率为6.5 W的放大光输出,压缩后的功率为4.8 W、脉冲宽度为35 fs.腔型计算和实验结果均表明该腔型结构能很好地用于高平均功率飞秒激光放大,是进一步进行后续放大的理想前端.

啁啾飞秒激光脉冲在ZK7玻璃中成丝传输的物理特性

采用具有不同初始负啁啾量的飞秒激光脉冲,研究了其在ZK7玻璃中非线性成丝传输的物理特性.实验表明激光成丝的阈值功率随着脉冲初始啁啾量的增大而升高,但啁啾导致的光学细丝长度将逐渐变长.通过光丝超连续谱的测量与分析,发现了啁啾激光成丝过程中等离子体的非线性作用随着初始啁啾量的增大而减弱,并在较长空间距离内形成了非电离特性占主导的光学成丝的新现象.另外,实验观察到了啁啾脉冲激光成丝过程中的多光丝干涉图像,理论分析和讨论了非电离光学成丝的物理机制.这些研究结果表明初始啁啾量对于超短激光脉冲成丝过程将起到至关重要的作用.

啁啾超短脉冲光波照射下光栅Talbot效应的研究

应用傅里叶频谱分析法,给出了光栅在啁啾超短脉冲光波照射下菲涅耳衍射方程并分析了其Talbot效应.数值计算表明,在Talbot距离处的衍射光强不仅与照射的超短脉冲光波的宽度有关,而且与脉冲光波的啁啾有关.根据光栅在Talbot距离处衍射光强的变化,给出了一种检验超短脉冲光波是否含有啁啾的简单方法.

基于Mach-Zehnder干涉仪的扫描限幅法用于啁啾脉冲频谱整形

为了补偿啁啾脉冲放大(CPA)中的光谱增益窄化效应,需要对种子激光脉冲进行频谱整形。基于内置KTN电光晶体的Mach-Zehnder干涉仪,提出了一种用于啁啾激光脉冲频谱整形的扫描限幅方法。从理论上分析了KTN电光晶体上加载的静态电压和动态电压对扫描限幅装置透射谱函数的影响,并讨论了电压相对于频率变化的时延和电压自身的抖动对脉冲频谱整形效果的影响。数值结果表明:根据所需要的频谱分布可以逆算得到加载到电光晶体上的电压,从而随时间控制啁啾脉冲各频率成分的透射率,实现啁啾脉冲频谱的整形;采用所提出的扫描限幅方法,对中心波长800nm,啁啾参数等于21 230,对应带宽为20nm的一阶高斯型脉冲进行频谱整形,得到了与所需频谱分布几乎一致的近平顶形状的频谱分布;电压相对于频率变化的时延和电压自身的抖动越大,整形后的脉冲频谱分布与所需频谱相差越远。为了获得与所需频谱一致的整形频谱分布,需要尽量保证电压与频率在时间上的匹配,以及尽量减小电压的抖动。

利用光线追迹法计算展宽器结构参数对色散量的影响

利用光线追迹法，对一种常用光栅展宽器的色散量进行了计算，数值分析了展宽器各组成部分的相对位置改变对二阶色散及产生像差的影响，为展宽器各元件的精确调节提供了依据．

脉冲激光小尺度自聚焦过程中不同空间位置的时间演变研究

基于宽带啁啾脉冲的小尺度自聚焦形成过程,利用包含时空项的非线性薛定谔方程进行数值计算,比较分析了不同空间位置(特别是空间调制峰位置及调制谷位置)的时间演变过程,发现不同空间位置的时间演化过程完全不一样。在小尺度自聚焦过程中,调制峰处的脉宽随传输距离的增加而减小,当调制峰值处的强度达到最大时,其脉宽达到最小值;而在调制谷位置处的脉宽则一直处于展宽状态。分析了脉冲啁啾对不同空间位置时间演变的影响规律,负啁啾加速了调制峰位置处的脉冲压缩,却抑制了调制谷位置的脉冲展宽;而正啁啾则起相反的作用。

超短超强激光驱动新型粒子加速器:机遇和挑战

2018年诺贝尔物理学奖授予了因发明"光学镊子"和"啁啾激光脉冲放大"两项重大技术的3位科学家。其中啁啾激光脉冲放大技术使得人们在实验室获得了前所未有的超短超强激光脉冲。文章简要介绍了由超短超强激光开拓的新兴科学前沿,特别是这种强激光技术推动下的新型粒子加速器研究的发展、机遇和挑战。

实验研究铝在TPa压力下的状态方程

利用脉宽为1.2ps,功率密度约为1014W/cm2,中心波长为785nm的啁啾脉冲激光聚焦作用于500nm厚的铝膜表面,在其中激发一强冲击波.利用从主脉冲分出的一小部分啁啾脉冲激光构成Michelson干涉仪对冲击波到达靶背面时的卸载速度进行同步诊断.抽运光、探测光之间的时间测试精度优于100fs,因而可以准确测量冲击波通过500nm厚靶材的平均速度.冲击波卸载速度的精确测量得益于啁啾脉冲的超快时间分辨能力.实验结果表明,在以上实验条件下,冲击波的平均速度为(15.150.3)km/s,冲击波卸载时初速约为15.24km/s,对应的冲击波波后压力约为0.3TPa.