基于Herriott型多通结构的块材料展宽与棱栅对色散补偿的啁啾脉冲放大

本文报道了基于块材料展宽与棱栅对压缩的飞秒啁啾脉冲放大(chirped-pulse amplification,CPA)系统.展宽器采用基于Herriott型多通结构的块材料作为色散元件,压缩器采用透射光栅与色散棱镜组合的棱栅对,由于它可以同时提供负的二阶和三阶色散,通过优化光栅刻线与棱镜顶角,可以实现对放大器中材料的三阶色散完全补偿,获得更窄的压缩脉冲.实验中,将展宽后的脉冲注入到环形再生腔中进行放大,放大后的脉冲由棱栅对压缩到39.6 fs,非常接近傅里叶变换极限的35.2 fs.由于采用块材料展宽器和棱栅对压缩器,整个放大系统非常紧凑,可作为后续放大以及超快现象研究的可靠光源.

基于双密度棱栅的新型超短脉冲色散补偿装置

针对光参量啁啾脉冲放大系统中的色散特性,提出了一种基于双密度棱栅的新型超短脉冲色散补偿装置。该色散补偿装置包括一对互相平行的光栅和一对斜边平行放置的同等大小的等腰直角棱镜,第二个光栅的线密度是第一个的两倍。建立光线追迹模型,通过数值计算,讨论了装置各结构参数对装置色散补偿量的影响。结果表明,该装置可以在补偿系统剩余线性啁啾(二阶色散)量的基础上,独立补偿三阶色散,且补偿量可在较大正负范围内变化,适用于飞秒量级超短啁啾脉冲系统的色散控制。

基于棱镜-光栅组合棱栅的脉冲压缩系统色散研究

色散控制是超快光学中非常重要的环节。介绍了一种利用棱镜、光栅组合而成的反射型棱栅,采用光线追迹法,分析其各阶色散,同时讨论了棱镜和光栅间距、光栅常数等结构参数对色散的影响。结果表明,棱栅的二阶色散随棱镜与光栅间距的增大而增加,而三阶色散减小。同时,前后两个棱镜和光栅间距可以不对称,以便调节棱栅色散值。随着入射角的增加,二阶色散减小,三阶色散增加。当光栅常数变化时,棱栅的色散变化很明显。棱栅间距对棱栅色散影响很小。在工程中设计棱栅时,可通过调节棱镜与光栅间距、入射角、光栅常数等结构参数改变棱栅的色散量,满足超快光学系统的需求。

用于色散补偿的反射型棱栅的色散分析

利用角色散和材料色散得到了反射型棱栅的二阶、三阶色散完整的解析表达式,与光线追迹法的结果能很好地符合,利于工程中棱栅的设计.系统分析了温度、棱栅结构参数对其色散的影响.结果表明,温度、棱镜材料折射率、插入量、棱栅间距对棱栅色散影响很小.而入射角、光栅常数、棱镜顶角等对色散的影响很大,可以调节上述参数来改变棱栅的色散,从而补偿放大介质等材料色散.

反射式棱栅对展宽器用于啁啾脉冲放大激光的研究

在啁啾脉冲放大(CPA)系统中,脉冲的展宽是实现安全有效放大的重要保证.本文介绍了一种新型的由色散棱镜与光栅组合而成的反射式棱栅对展宽器.并利用光线追迹法对色散进行了数值模拟,测量实验结果验证了理论计算的正确性.在此基础上,分析了以棱栅对为展宽器和ZF7玻璃材料为压缩器的下啁啾(down-chirped)脉冲放大系统中的色散比较传统的上啁啾脉冲放大系统,结果表明棱栅对可以同时提供负的二阶色散和三阶色散,这样能更好地补偿放大器中材料的高阶色散,从而获得近傅里叶变换极限的压缩脉冲.此外以块材料作为压缩器不仅提高了传输效率,而且简化了实验装置,增强了系统的稳定性.这样的展宽压缩组合在高重复频率的飞秒啁啾脉冲放大系统中具有明显优势.

基于FOSC型的宽波段高效率中低色散光谱仪设计(特邀)

为实现各类暂现源及暗弱目标的宽波段、高效率光谱后随观测,以1.9 m光学望远镜为例,设计了一种基于Faint Object Spectrograph and Camera型的双通道中低色散光谱仪,可实现三种光谱分辨率(R=500、2000和5500),工作波段覆盖紫外-近红外(310~1000 nm)。根据光栅方程和光谱分辨率等各项指标,确定光谱仪的初始结构参数,针对光谱仪在全波段的高效率需求以及仪器随动的包络限制,确定光学系统采用双通道设计并近似对称分布:准直系统采用了不同于传统Faint Object Spectrograph and Camera型光谱仪的折反射式系统,在提高了系统效率的同时压缩了空间。色散系统根据直视棱栅的不同工艺,通过棱镜材料和角度的调整对工作波段的光栅效率进行优化并得到8种棱栅参数;红蓝通道相机系统在设计过程中优化选取光学材料,同时结合二次非球面和单透镜的主动调焦补偿,实现大动态温度范围(-30℃~20℃)全视场(φ16°)最大弥散斑半径均方根小于5μm的优良像质。该系统结构紧凑、分布对称,设计结果满足各项指标,光谱仪全波段峰值效率优于60%,最低效率优于20%,具有较高的可实现性。基于曲面芯片工艺,以红通道为例,简化的相机系统至少可提高整体光谱效率约4%,可以为未来光谱仪相机系统的设计提供参考。

云南暗弱天体光谱及成像仪长缝光谱研究

云南暗弱天体光谱及成像仪(Yunnan Faint-Object Spectrograph and Camera,YFOSC)是一台能够快速切换工作模式,进行天文成像及光谱观测的仪器。其中长缝光谱作为该仪器的主要光谱观测模式广泛应用于点源以及面源的分光测量研究。通过测量该模式下YFOSC系统的波长响应曲线,各块光栅的波长范围,并对定标灯谱进行波长证认,同时在考虑大气吸收以及望远镜效率的情况下给出了曝光时间曲线,为观测者更好地使用该仪器提供参考。最后以近期拍摄的一条超新星光谱为例,介绍长缝光谱模式的实际观测能力。

采用块材料展宽器的紧凑型飞秒掺钛蓝宝石激光再生放大研究

采用特殊结构的块材料作为脉冲展宽器的紧凑型掺钛蓝宝石再生放大器设计,相对传统设计展宽器结构更加简洁可靠,利用棱栅对结构进行脉冲压缩,在25W,527nm,1kHz的激光泵浦条件下,输出单脉冲能量为3.5mJ,重复频率1kHz,脉冲宽度为30fs的超快激光脉冲.稳定性测试发现,8h功率抖动性小于0.7%.

光学参量啁啾反转脉冲放大系统色散补偿方案

在光学参量啁啾反转脉冲放大(OPRCPA)系统中,展宽器和压缩器都可使用平行光栅对,从而避免常规展宽器中较大的谱剪切效应,简化展宽器结构。基于此,分析了OPRCPA系统中各阶色散对输出脉冲的影响,给出了相应的理论模型和数值计算方法,提出了用棱栅对补偿系统三阶色散的方案。