针对高功率光纤飞秒激光放大器,介绍了啁啾脉冲放大(CPA)技术的基本原理,讨论了该结构中关键的展宽器和压缩器的发展现状与瓶颈;介绍了典型的大模场面积光纤的结构和工作原理,简介了基于大模场面积光纤的CPA系统的发展现状;介绍了非线性放大技术,讨论了实现更窄脉冲宽度、更高脉冲质量的光纤飞秒激光放大方案;最后分析了全光纤结构、相干合束、单晶光纤增益介质以及皮秒种子源等新型技术,并总结了高功率光纤飞秒激光放大器的发展趋势。

A simple model is presented to analyze the spectral shape and bandwidth dependence of the pulsecontrast and compressed pulse width in the chirped pulse amplification. The parameters of the 30 fslaser system are demonstrated as examples. Comparing with Top hat, Lorentzian, Sech2, Gaussian, 2ndSuper Gaussian and 10th Super Gaussian spectral pulse shape, the 2nd Super Gaussian spectral pulseshape can obtain better contrast in the case of less spectral bottom width. Those results are helpful tofind an optimized spectral shape in the chirped pulse amplification.

在升级5 TW/40 fs钛宝石激光系统的过程中, 伴随10 fs种子源的使用, 提出并研制了一种新型的共心衍射无像差展宽器和全能量压缩器。该展宽器的最大特点是通过平面镜反射使光束入射时所形成的衍射点与展宽后的还原点均在凹面镜的球心(即共心结构), 凹面镜不存在其它同类方法中的成像问题, 展宽函数中不涉及凹面镜的焦距和离轴量。该展宽器可将亚10 fs的种子脉冲展宽到纳秒量级, 且具有无像差、高带宽、结构紧凑、调整精度高等优点, 适合100 TW级超快激光系统中脉冲展宽。

为了增大光束的填充因子及提高放大器的能量转换效率,设计了一种新型的空间4程放大器,该放大器包括四组由凹面镜组成的空间滤波器,它们构成一个全像传递系统.由于有实焦点,放大器置于真空系统中.放大前,入射的高斯光束首先通过一个软边光阑和一个空间滤波器,被整形为高阶超高斯光束,然后在放大器中进行放大和像传递.钛宝石晶体置于各空间滤波器的像面和物面上.实验表明,该放大器结构稳定,可以保持良好的光束质量,远场焦斑达到近一倍衍射极限.

为了准确地确定飞秒激光对比度的信息,基于两束不同激光的互相关原理,利用非线性晶体对激光强度变化十分敏感的特性,研制了一台三阶相关仪,并用其对钛宝石激光放大系统输出的飞秒激光脉冲进行了测量,得到了有关该系统的强度对比度的信息.结果显示:该系统输出的激光对比度在10⁶左右,在脉冲的前沿和后沿有很强的ASE辐射,并且延续了很长的一段时间;种子脉冲的对比度在10⁵左右,而且在主脉冲前约2ps的位置上,有一个强度很低的小脉冲,在主脉冲的两翼各有一个非常小的台阶.

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.

本文综述基于啁啾放大技术的飞秒TW级钛宝石激光系统的发展概况及最新进展，在详细分析其应用前景的基础上，进一步指出了这一技术的发展趋势。