啁啾脉冲放大

摘要： 利用自行研制的啁啾布拉格光纤光栅(CFBG)刻写系统完成CFBG样品制作,成功应用于光纤锁模振荡器和啁啾脉冲放大(CPA)系统中。振荡器可输出19.4 nm带宽、18 mW平均功率激光,并可压缩至143 fs,经时域展宽、功率放大、时域压缩后,脉冲宽度可至264 fs。实验结果初步证明了国产CFBG在飞秒激光系统应用的可行性。

摘要： 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.

摘要： 在啁啾脉冲放大(CPA)系统中,时域展宽器与压缩器的匹配是获得高对比度飞秒脉冲的关键。相比较常规的Martinez和Offner结构的展宽器,基于同心结构的展宽器由于物与像完全重合,可以消除像差带来的高阶色散的影响,进而采用光栅对压缩器以获得更好的压缩效果。透射光栅对和凹面反射镜组合实现的同心展宽器具有结构紧凑的优点,将该展宽器替代原有的Martinez型展宽器,在重复频率为1 k Hz、泵浦功率为11.4 W的泵浦条件下,展宽后的啁啾脉冲经环形腔钛宝石再生放大器进行能量放大,再由光栅对进行压缩,可获得脉冲宽度为47.5 fs的压缩结果,接近于光谱带宽22.1 nm的傅里叶变换极限。该结果表明基于透射光栅的同心展宽器可以获得较好的飞秒脉冲压缩效果。

摘要： 单晶光纤具有细长的晶体结构以及对泵浦光的波导传输特性,使其兼具晶体以及光纤的激光放大介质优点,其细长的晶体结构可以有效地进行散热,保证了在高功率运转下依然可以保证高光束质量,与传统的晶体棒相比,对泵浦光的波导特性使其具有更大的能量提取效率和放大增益,简单的行波放大结构使得系统易于集成。单晶光纤作为放大增益介质已广泛应用于高功率高能量超短脉冲激光放大技术中,并在科研、工业加工等领域具有重要的应用前景。本文重点介绍了单晶光纤的结构和制备方法,以及近年来1μm波段基于单晶光纤的超短脉冲放大技术研究的主要方法及结果,包括本课题组取得的主要进展,探讨和展望了单晶光纤放大技术的前景和发展方向。

摘要： 为了满足光纤激光器在宽光谱高能量应用领域的要求,搭建了一种结构紧凑的光纤型宽光谱啁啾脉冲放大系统。将色散管理型锁模激光器产生的高斯型脉冲作为种子源,注入到正色散掺铒光纤放大器中进行自相似放大,脉冲将逐渐演化成抛物线型,此过程中脉冲的谱宽和能量都迅速增大。随后脉冲经色散补偿光纤的时域展宽,双包层铒镱共掺光纤的功率放大,透射光栅对压缩后实现了高能量的宽光谱输出。并结合理论模拟,优化了激光器的各元件参数,最终在中心波长1 560 nm处实现了光谱宽度为30 nm,平均功率为1.3 W,脉宽为587 fs,重复频率为40.1 MHz的宽光谱高能量激光输出。该激光器结构紧凑,稳定性好,对光学频率梳、光通信等应用领域具有一定研究价值。

摘要： 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.

摘要： 瑞典皇家科学院将2018年的诺贝尔物理学奖颁发给了Arthur Ashkin、Gérard Mourou和Donna Strickland,以表彰他们在激光物理领域的突破性发明.本文简要介绍他们获得诺贝尔奖的发明.

摘要： 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 =1015 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.

摘要： 飞秒激光啁啾脉冲放大技术是产生超短、超强激光脉冲的重要手段，但是由于放大系统的增益很高，放大过程中的光谱窄化现象严重制约着获得小于30飞秒的激光脉冲。首先分析了啁啾脉冲放大系统中的光谱窄化效应，讨论了抑制光谱窄化效应的有效方法，提出了采用液晶空间光调制器振幅整形的方法控制种子脉冲的光谱形状，使其中心波长处的光强弱于两侧的光强，光谱呈马鞍状，从而抑制脉冲经过放大器时的光谱窄化效应。实验中液晶空间光调制器放在4f系统中，通过控制每个像素上的电压，进行振幅调制，可获得所须任意光谱形状，这对抑制放大系统的光谱窄化效应具有重要作用。

摘要： 针对非均匀加宽增益介质中的啁啾脉冲放大，分析了脉冲在其中传输放大的机理，建立了脉冲传输的非线性薛定谔方程，采用分布傅立叶方法对方程进行数值求解，分析各种效应对脉冲传输的影响，讨论了窄带脉冲在其中放大与在均匀加宽增益介质中的明显区别。

摘要： 在啁啾脉冲放大系统中,系统参数的选择决定了放大系统色散补偿的效果。当放大系统的材料色散比较大时,虽然很难做到色散完全补偿,但是通过仔细调节系统中的控制参数,使整个系统能够达到一个最佳的状态。是否达到这个系统的最佳状态,可以通过系统的群延迟(GD)与波长关系曲线的形状来判断。在系统中展宽器和压缩器的光栅密度及放大器中各种色散材料的长度确定的情况下,通过调节系统的其它参数,使系统的二三阶色散同时为零,这时我们发现由于参数选取的不同,GD与波长关系曲线有U型和S型两种形式。当整个系统的GD曲线处于U型时,总是比使其处于S型时具有更宽的平坦色散带宽,这说明系统的色散补偿效果更好,能够得到更短的脉冲输出。考虑到实际放大系统光路的可行性和展宽压缩比的要求,并且保证系统的GD曲线处于U型,展宽器和压缩器光栅密度的选择必须和放大器的材料色散相匹配。

摘要： 目前我们正从事近衍射极限光束的高能量飞秒激光系统的设计及其性能研究.本系统设计指标为在10Hz重复速率下脉冲功率达到5TW,可应用于超强领域的物理实验研究.我们在传统的啁啾脉冲放大系统基础上加以改进,对应用啁啾脉冲放大技术的5TW/40fs超快激光系统中的空间滤波、热透镜效应等关键问题的解决方案进行改进,以便减小在放大阶段所带来的增益变窄、增益转移和热聚焦等有害现象,减小了由于多通放大过程所带来的能量的损失.

摘要： 介绍了基于啁啾脉冲放大技术的20TW全钛宝石超短脉冲激光装置的研制.该装置的主放大器采用全像传递的空间四程放大构型,可以保持良好的近场分布和提高能量转换效率.主放大器的钛宝石晶体为Φ30mm×15mm,6台调Q倍频的YAG激光器泵浦.压缩后脉宽50fs,能量1J,峰值功率可达20TW,聚焦功率大于3×10W/cm.

摘要： 在啁啾脉冲放大(CPA)中,飞秒脉冲展宽器的展宽量是决定放大效率的主要因素之一,对其色散量的精确控制及其补偿是放大后通过压缩器获得最短脉宽的关键,所以严格求解展宽器的色散解析式并进行色散计算,是CPA的重要研究内容.我们将目前常见的反射望远镜展宽器进行光路等效变换,借助光线追迹及光栅方程,从解析上得出了光程与波长的关系,并求解对波长的各阶导数,可获得各阶色散量,还从理论上分析,优化了CPA的设计结果,并成功地应用到我们1.4TW的CPA系统中.

摘要： 本文对高功率激光系统采用宽带激光消除菲涅耳衍射问题进行了研究，指出只有数百nm的宽带啁啾光脉冲才对近场衍射有一定的平滑作用，数nm的宽带啁啾光脉冲对近场衍射几乎没有平滑作用;同时，还对宽带啁啾光的B积分表征方式和最快增长频率问题进行了研究，并与原型装置上开展的窄带脉冲、宽带啁啾堆积脉冲的非线性实验结果进行了对比研究，指出以最大B积分或加权B积分反映非线性自聚焦更为准确。研究还表明，在数nm，ns情况下最快增长频率与窄带激光脉冲的差别不大。

摘要： 本文对高功率激光系统采用宽带激光消除菲涅耳衍射问题进行了研究，指出只有数百nm的宽带啁啾光脉冲才对近场衍射有一定的平滑作用，数nm的宽带啁啾光脉冲对近场衍射几乎没有平滑作用;同时，还对宽带啁啾光的B积分表征方式和最快增长频率问题进行了研究，并与原型装置上开展的窄带脉冲、宽带啁啾堆积脉冲的非线性实验结果进行了对比研究，指出以最大B积分或加权B积分反映非线性自聚焦更为准确。研究还表明，在数nm，ns情况下最快增长频率与窄带激光脉冲的差别不大。

摘要： 本文对高功率激光系统采用宽带激光消除菲涅耳衍射问题进行了研究，指出只有数百nm的宽带啁啾光脉冲才对近场衍射有一定的平滑作用，数nm的宽带啁啾光脉冲对近场衍射几乎没有平滑作用;同时，还对宽带啁啾光的B积分表征方式和最快增长频率问题进行了研究，并与原型装置上开展的窄带脉冲、宽带啁啾堆积脉冲的非线性实验结果进行了对比研究，指出以最大B积分或加权B积分反映非线性自聚焦更为准确。研究还表明，在数nm，ns情况下最快增长频率与窄带激光脉冲的差别不大。

摘要： 本文对高功率激光系统采用宽带激光消除菲涅耳衍射问题进行了研究，指出只有数百nm的宽带啁啾光脉冲才对近场衍射有一定的平滑作用，数nm的宽带啁啾光脉冲对近场衍射几乎没有平滑作用;同时，还对宽带啁啾光的B积分表征方式和最快增长频率问题进行了研究，并与原型装置上开展的窄带脉冲、宽带啁啾堆积脉冲的非线性实验结果进行了对比研究，指出以最大B积分或加权B积分反映非线性自聚焦更为准确。研究还表明，在数nm，ns情况下最快增长频率与窄带激光脉冲的差别不大。

摘要： 本发明涉及一种OPCPA装置。本发明的OPCPA包括光脉冲展宽器(100)，用于使用奇数阶色散(主要使用三阶色散)输出啁啾激光。泵浦激光器(200)输出泵浦激光。OPA单元(300)接收泵浦激光和啁啾激光(信号)，使用泵浦激光放大信号，并产生闲频信号。光信号分离单元(400)将OPA单元的输出光线分离为信号、闲频信号、以及剩余光线(泵浦光)。光脉冲压缩器(600)补偿由光脉冲展宽器所赋予的奇数阶色散所致的脉冲啁啾，从而将信号和闲频信号临时压缩在一起，所述信号和闲频信号彼此交迭。

摘要： 一种多脉冲叠加放大器，由法拉第和45°转子构成超短脉冲串进入谐振腔的光开关；由第一高反镜、增益介质I、介质膜偏振片、普克尔盒和第二高反镜构成对超短光脉冲串进行脉冲叠加和光谱窄化的谐振腔。飞秒激光参量啁啾脉冲放大激光器由分束器、频率转换器、上述结构的多脉冲叠加放大器、倍频器、脉冲展宽器、延迟线、二色镜和非线性晶体组成。飞秒激光参量啁啾脉冲放大激光器的泵浦光与信号光来自于同一光脉冲，通过延迟线控制它们之间的光程差，能够实现完全同步，由于设置有多脉冲叠加放大器，可获得不同时间长度的窄带平顶泵浦光，扩大飞秒激光参量啁啾脉冲放大激光器的应用范围。

摘要： 本发明实施例公开了一种可调谐啁啾布拉格体光栅及啁啾脉冲放大系统。可调谐啁啾布拉格体光栅包括具有通光孔的电声换能器、耦合介质、声光晶体、吸声装置和电压信号可调的可编程电源。耦合介质将电声换能器根据可编程电源施加的电压信号产生机械波耦合至声光晶体内，机械波在声光晶体传播时，声光晶体折射率发生周期性变化形成类似啁啾布拉格体光栅的超声光栅，当激光通过电声换能器和耦合介质入射至声光晶体时产生声光效应，吸声装置吸收机械波，使机械波在声光晶体内部形成行波。本申请提供的可调谐啁啾布拉格体光栅作为啁啾脉冲放大系统的压缩器，实现了色散量可调谐，提高了系统的稳定性，还有效的解决了整个系统色散量无法精确补偿的问题。

摘要： 本发明涉及一种通过啁啾匹配光参量啁啾脉冲放大来提高飞秒激光信噪比的方法及其装置，属于超短脉冲技术领域。该方法是先将飞秒激光光源输出的待提高信噪比的飞秒激光展宽成啁啾信号光，然后通过啁啾匹配光参量啁啾脉冲放大来实现高倍放大信号而低倍放大噪声以提高啁啾信号光的信噪比；最后通过光脉冲压缩器将啁啾信号光压缩成具有较高信噪比的飞秒激光。实现该方法的装置包括飞秒激光光源，飞秒激光器，第一和第二非线性光学晶体，第一和第二光脉冲展宽器，光脉冲放大器，光脉冲压缩器，第一和第二二向色镜。本发明的方法及其装置不仅能有效地提高飞秒激光的信噪比，且还能实现飞秒激光的高效放大。

摘要： 本发明的光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)装置包括光脉冲展宽器(100)，用于暂时展宽激光，并采用了短波长在前型啁啾。泵浦激光器(210，220)发射泵浦激光。第一光参量放大(OPA)单元(310)接收泵浦激光和已经通过光脉冲展宽器的信号，并且放大信号，产生第一闲频信号。第一光信号分离单元(410)将第一OPA单元的输出光分离成第一闲频信号和剩余光(泵浦光和信号)。第二OPA单元(320)接收第一闲频信号和另一泵浦激光，并放大第一闲频信号，产生第二闲频信号。第二光信号分离单元(420)将第二光参量放大单元的输出光分离成放大后的第一闲频信号和剩余光(泵浦光和第二闲频信号)。光脉冲压缩器(600)暂时压缩放大后的第一闲频信号。

摘要： 一种多脉冲叠加放大器，由法拉第和45°转子构成超短脉冲串进入谐振腔的光开关；由第一高反镜、增益介质I、介质膜偏振片、普克尔盒和第二高反镜构成对超短光脉冲串进行脉冲叠加和光谱窄化的谐振腔。飞秒激光参量啁啾脉冲放大激光器由分束器、频率转换器、上述结构的多脉冲叠加放大器、倍频器、脉冲展宽器、延迟线、二色镜和非线性晶体组成。飞秒激光参量啁啾脉冲放大激光器的泵浦光与信号光来自于同一光脉冲，通过延迟线控制它们之间的光程差，能够实现完全同步，由于设置有多脉冲叠加放大器，可获得不同时间长度的窄带平顶泵浦光，扩大飞秒激光参量啁啾脉冲放大激光器的应用范围。

摘要： 本发明实施例公开了一种可调谐啁啾布拉格体光栅及啁啾脉冲放大系统。可调谐啁啾布拉格体光栅包括具有通光孔的电声换能器、耦合介质、声光晶体、吸声装置和电压信号可调的可编程电源。耦合介质将电声换能器根据可编程电源施加的电压信号产生机械波耦合至声光晶体内，机械波在声光晶体传播时，声光晶体折射率发生周期性变化形成类似啁啾布拉格体光栅的超声光栅，当激光通过电声换能器和耦合介质入射至声光晶体时产生声光效应，吸声装置吸收机械波，使机械波在声光晶体内部形成行波。本申请提供的可调谐啁啾布拉格体光栅作为啁啾脉冲放大系统的压缩器，实现了色散量可调谐，提高了系统的稳定性，还有效的解决了整个系统色散量无法精确补偿的问题。

摘要： 本发明涉及一种通过啁啾匹配光参量啁啾脉冲放大来提高飞秒激光信噪比的方法及其装置，属于超短脉冲技术领域。该方法是先将飞秒激光光源输出的待提高信噪比的飞秒激光展宽成啁啾信号光，然后通过啁啾匹配光参量啁啾脉冲放大来实现高倍放大信号而低倍放大噪声以提高啁啾信号光的信噪比；最后通过光脉冲压缩器将啁啾信号光压缩成具有较高信噪比的飞秒激光。实现该方法的装置包括飞秒激光光源，飞秒激光器，第一和第二非线性光学晶体，第一和第二光脉冲展宽器，光脉冲放大器，光脉冲压缩器，第一和第二二向色镜。本发明的方法及其装置不仅能有效地提高飞秒激光的信噪比，且还能实现飞秒激光的高效放大。

摘要： 本发明的光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)装置包括光脉冲展宽器(100)，用于暂时展宽激光，并采用了短波长在前型啁啾。泵浦激光器(210，220)发射泵浦激光。第一光参量放大(OPA)单元(310)接收泵浦激光和已经通过光脉冲展宽器的信号，并且放大信号，产生第一闲频信号。第一光信号分离单元(410)将第一OPA单元的输出光分离成第一闲频信号和剩余光(泵浦光和信号)。第二OPA单元(320)接收第一闲频信号和另一泵浦激光，并放大第一闲频信号，产生第二闲频信号。第二光信号分离单元(420)将第二光参量放大单元的输出光分离成放大后的第一闲频信号和剩余光(泵浦光和第二闲频信号)。光脉冲压缩器(600)暂时压缩放大后的第一闲频信号。

摘要： 一种多脉冲叠加放大器，由法拉第和 45°转子构成超短脉冲串进入谐振腔的光开关；由第一高反镜、增益介质I、介质膜偏振片、普克尔盒和第二高反镜构成对超短光脉冲串进行脉冲叠加和光谱窄化的谐振腔。飞秒激光参量啁啾脉冲放大激光器由分束器、频率转换器、上述结构的多脉冲叠加放大器、倍频器、脉冲展宽器、延迟线、二色镜和非线性晶体组成。飞秒激光参量啁啾脉冲放大激光器的泵浦光与信号光来自于同一光脉冲，通过延迟线控制它们之间的光程差，能够实现完全同步，由于设置有多脉冲叠加放大器，可获得不同时间长度的窄带平顶泵浦光，扩大飞秒激光参量啁啾脉冲放大激光器的应用范围。