BBO,LBO,KDP晶体光参量啁啾脉冲放大特性的比较研究

对BBO,LBO,KDP晶体I类非共线匹配下的光参量啁啾脉冲放大的相位匹配、参量范围、增益特性等进行了理论分析,重点对BBO和LBO的光参量啁啾脉冲放大特性进行了比较。结果表明对于以光参量啁啾脉冲放大系统代替800nm中心波长的Ti:sappire再生放大系统,用BBO晶体可获得更宽的增益带宽,而对1053nm中心波长的种子光用LBO晶体更好。

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 。

光参量啁啾脉冲放大中时间同步抖动对增益稳定性的影响

在考虑了光参量啁啾脉冲放大中的脉冲波形、相位失配和时间同步抖动情况下,给出了计算光参量啁啾脉冲放大增益特性更为完善的三波耦合理论模型。并在1 ns的时间同步抖动情况下,对比分析了光参量放大在小信号放大及饱和放大时的增益稳定性。光参量放大的时间同步抖动对增益影响非常大,使放大信号光脉冲的增益光谱发生了明显的偏移,波形不对称和整个增益降低;并且信号光光谱越宽,光参量放大间的时间同步抖动对其增益影响越严重;但随着参量放大增益饱和的出现和加深,信号光和抽运光之间的同步时间抖动对放大信号光的输出强度影响减弱,即在饱和放大处可以获得更稳定的放大信号光输出。

光参量啁啾脉冲饱和放大的增益稳定性

光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)在饱和放大区存在一个增益稳定点,据此设计了一个输出稳定的三级OPCPA系统;第一、二、三级分别选用准相位匹配的周期极化钛氧磷酸钾(PPKTP)晶体、LBO晶体和KDP晶体作为增益介质。饱和放大时,增益随泵浦光强度变化时的增益输出稳定性明显改善,在泵浦光强度抖动低于6%的情况下,各级光参量放大器OPA输出的增益抖动小于1%。前级采用准相位匹配的PPKTP晶体作为增益介质,在远低于破坏阈值的30MW/cm2的泵浦功率密度下,可得到2×105的饱和放大增益和20%的能量转换效率。

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.

高重复频率高效率光参量啁啾脉冲放大研究

准相位匹配晶体在光参量放大过程具有更大的有效非线性系数,数值分析显示在光参量前级放大过程中就能够提供6.2×106 的高增益饱和放大,参量转换效率大于25%,并基于准相位匹配的参量增益特性给出了一个全二极管激光器泵浦的亚TW级高重复频率OPCPA系统的优化设计。

稳定高质量光参量啁啾脉冲放大系统优化设计

要实现光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)系统稳定、高质量输出,需要同时对光参量放大和泵浦光倍频这两个非线性过程进行优化设计。在光参量放大系统优化设计中,建立了描述光参量放大过程的多种简化物理模型;通过模拟泵浦光和信号光口径匹配关系,分析了放大信号光空间两维对称性并提出了优化方法;建立了非线性晶体最佳长度确定及调谐方法,以实现信号光输出高稳定性。在泵浦光倍频系统优化设计过程中,提出应用位相失配法实现稳定倍频输出,研究表明这种方法不仅能实现倍频光能量起伏抖动远远小于基频光能量的起伏抖动,而且能减小泵浦光近场调制度和时间波形调制,极大地改善输出倍频光光束质量,进而提高OPCPA系统输出信号光质量。

基于光束偏转的扫描式宽带光参量啁啾脉冲放大

光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)是超短激光脉冲领域的重要技术之一,增大增益带宽对提高OPCPA的转换效率、实现宽带光参量放大具有重要的意义.本文将光束偏转和非共线OPCPA有机结合,提出了基于光束偏转的扫描式宽带OPCPA模型.分析了通过光束偏转来时刻改变非共线角,以保证各频率成分的相位匹配,从而增大增益带宽的基本原理.采用提出的扫描式宽带OPCPA,针对800 nm中心波长、带宽约为100 nm信号光的光参量放大进行了数值计算.结果表明:经过扫描式OPCPA后,信号光的带宽与放大之前几乎相同,光谱没有窄化;扫描式OPCPA比固定非共线角方式的放大极大地增加了增益带宽和转换效率,实现了宽带的光参量放大;要满足信号光各频率成分的相位匹配,达到最大的增益带宽和转换效率,需要尽量减小加载到钽铌酸钾(KTa_(1-x) Nb_xO_3, KTN)电光晶体上的电压抖动和电压延时.

啁啾匹配和同步抖动对光参量啁啾脉冲放大的影响

通过研究光参量啁啾脉冲放大过程转换效率随泵浦光啁啾参数的变化,以及信号光和泵浦光波长的对应关系,确立了信号光和泵浦光同步时实现线性啁啾匹配的方法。以磷酸二氢钾作为非线性晶体,研究了信号光和泵浦光之间的线性啁啾匹配和时间同步抖动对光参量啁啾脉冲放大后信号光脉冲波形和转换效率的影响。结果表明:在时间同步的情况下,线性啁啾匹配时的信号光脉冲波形很对称,转换效率也较高;在同步抖动程度一定的情况下,不同泵浦光啁啾参数时,信号光的增益及放大后的脉冲波形差异较大;在线性啁啾匹配程度一定时,信号光和泵浦光时间同步抖动越严重,放大信号光的脉冲波形变化越大,信号光增益越小,且转换效率也越低。

啁啾脉冲参量放大特性的数值模拟研究

根据啁啾脉冲激光参量放大技术 ,数值模拟了光参量放大在啁啾脉冲放大中的应用。研究啁啾脉冲参量放大增益及时间特性 ,特别是在大信号注入与小信号注入两种有代表意义的情况下 ,详细分析了群速度失配、相位失配对放大过程的影响。研究泵浦光脉冲与信号光脉冲的时间同步要求 ,讨论了放大系统的稳定性。

光参量啁啾脉冲放大技术研究进展

光参量啁啾脉冲放大（optical parametric chirped pulseamplific ation，OPCPA）技术，完美地结合了光参量放大（OPA）与啁啾脉冲放大（CPA）的优点，以其高信噪比、高增益、宽增益带宽等众多优势备受关注。OPCPA技术以基于非线性晶体的光参量放大器取代了传统的增益介质激光放大器，是一种非线性的参量耦合放人过程，可以突破目前能级跃迁型激光增益介质的带宽瓶颈。大量的实验和理论研究表明，OPCPA作为一种全新的超短脉冲放大途径，是目前能够产生超短超强激光的一种十分有效而且可行的最新技术。

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。

啁啾匹配OPCPA方案用于消除超短激光脉冲的预脉冲

采用了一种利用啁啾匹配光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)技术来消除泵浦脉冲时间窗口内的预脉冲的方法,并对该方法展开了数值模拟研究。分析了泵浦光脉冲形状、预脉冲提前时间等因素对预脉冲消除效果以及信噪比提升情况的影响。通过与传统的非共线OPCPA方案对比,发现啁啾匹配OPCPA方案可以消除掉离主脉冲更近的预脉冲,且它对预脉冲的消除效果受泵浦光脉冲形状的影响较小。

基于光纤光参量放大的光脉冲压窄技术的研究

在高重复频率的光窄脉冲源中,为了获得更窄的脉冲,需要增加泵浦功率;但泵浦功率的提高会使光放大器的增益趋于饱和,放大的自发辐射噪音增强,脉冲光信噪比下降.为此,提出了利用啁啾管理和光纤光参量放大相结合的脉冲压窄方案.将强度调制后的泵浦光通过相位调制引入线性负啁啾,由于经参量过程后在新的闲频光上啁啾会加倍,从而进一步增大了信号的谱宽,并通过色散补偿介质实现了光脉冲压缩.实验给出了10GHz速率下的结果,通过泵浦光的相位调制在0.5W平均泵浦光功率条件下得到了脉宽19ps的光脉冲,结果与理论分析基本吻合.

光栅对刻线失配对啁啾脉冲时间波形的影响

为了研究啁啾脉冲在光参量啁啾脉冲放大系统中传输时脉冲变化的情况,采用光线追迹法和4阶龙格-库塔法,得到了压缩器光栅对刻线失配对输出脉冲宽度和时间波形的影响的模拟结果。结果表明,当光栅对刻线失配且夹角约在±4°范围内时,若只考虑2阶色散的影响,初始啁啾导致脉冲宽度略小于无初始啁啾脉冲的宽度。当考虑到3阶、4阶及更高阶色散时,脉冲宽度大于种子脉冲的初始宽度。当入射脉冲具有正啁啾时,出射脉宽随夹角α的增大不断增加,但当具有负啁啾时,脉宽随α的增大先减小后再增大。光栅 G_2顺时针旋转时的脉宽变化与 G_2逆时针旋转时脉宽变化相同。另外,初始啁啾对出射脉冲出现的预脉冲、尾脉冲有一定的削弱作用,负啁啾对脉冲展宽和失真的影响明显小于相应的正啁啾。

3300nm新型超宽带中红外光参量放大器的数值研究

基于扇形周期极化晶体与空间色散技术,本文提出了一种新型超宽带光参量放大器结构。该结构突破了当前各种光参量放大器只能在带宽与增益之间进行平衡的"瓶颈"。以该结构为基础,结合多泵浦源技术,比较研究了不同晶体结构、不同泵浦条件下的3300nm中红外啁啾脉冲光参量放大器的增益带宽与光谱特性,数值计算结果表明,该新型中红外光参量啁啾脉冲放大器在双泵浦条件下的增益带宽达到了320nm且可进一步扩展。

OPCPA系统中压缩器表面失配时啁啾脉冲时间波形的研究

利用光线追迹法和四阶龙格一库塔法分析模拟了啁啾脉冲在OPCPA系统中传输时脉冲变化的情况,讨论了压缩器光栅对表面失配对输出脉冲宽度和时间波形的影响。结果表明,当光栅对表面失配时,光栅旋转方向以及初始啁啾共同作用导致脉冲宽度略大于或小于无初始啁啾脉冲的宽度。总体上,光栅G2顺时针旋转时的脉宽变化比G2逆时针旋转时脉宽变化快。而当脉冲有初始啁啾时,将对脉冲出现的预脉冲、尾脉冲有一定的削弱作用,脉冲前后沿的对称性也发生了变化。

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。

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.