Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of High Field Laser Physics and CAS Center for Excellence in Ultra-intense Laser Science, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, China
3 Zhangjiang Laboratory, Shanghai, China
A multistep pulse compressor (MPC) based on a single-pass single-grating pair (SSGP) is proposed to simplify the entire multi-petawatt (PW) compressor. Only one grating pair with relatively long perpendicular distance is used to generate the same amount of spectral chirp compared with a four-grating main compressor. As SSGP compressor induces the largest spatial chirp, it can introduce the best beam-smoothing effect to the laser beam on the last grating. When considering the diffraction loss of only two gratings, the total compression efficiency of the SSGP compressor is even larger than that of a four-grating main compressor. Furthermore, the wavefront aberration induced by the SSGP compressor can be better compensated by using deformable mirrors; however, it is difficult or complicated to be well compensated in a four-grating compressor. Approximately 50–100 PW laser pulses can be obtained using this SSGP-based multistage-smoothing MPC with a single laser beam.
beam smoothing multistep pulse compressor petawatt single-grating-pair compressor High Power Laser Science and Engineering
2023, 11(1): 010000e4
齐鲁工业大学(山东省科学院) 激光研究所，山东 青岛 266100
近年来，超快掺镱锁模光纤激光器由于其转换效率高、操作方便、免维护、尺寸紧凑等优点，被广泛应用于工业加工、医疗外科、多光子成像等领域。在激光器中补偿群速度色散是获得皮秒甚至飞秒脉冲的有效方法。通过利用光栅对与光谱滤波器，实现了对激光波长、腔内色散和光谱宽度的灵活调节。该激光器能输出稳定的锁模脉冲，对应的基本重复频率为19.41 MHz。在+ 0.0127 ps2色散时中心波长1015~1037 nm可调；在+0.007 ps2色散时中心波长1015~1045 nm可调以及在−0.0127 ps2色散时中心波长1020~1046 nm可调。同时，当净腔色散从反常色散到近零色散变化时，光谱带宽可从1.40 nm调到19.38 nm，对应的压缩后脉冲宽度可从1.03 ps调至175.9 fs。该方案具备连续调整激光器状态的能力，有望用于高功率大能量飞秒激光前端，可以满足对激光器有多种谱宽及波长的应用需求。
飞秒 掺镱激光器 光栅对 激光调谐 femtosecond ytterbium doped fiber laser grating pair laser tuning 红外与激光工程
2022, 51(6): 20210444
1 长春理工大学光电工程学院光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室，吉林 长春 130022
2 长春理工大学光电工程学院光电工程国家级教学示范中心，吉林 长春 130022
为解决飞秒激光脉冲在光纤中传输的色散效应引起的太赫兹波泵浦效率低的问题，针对太赫兹时域光谱系统中飞秒激光脉冲的色散特性，通过理论分析建立了角色散与时域色散的数学模型，并采用光线追迹法数值模拟了在三种不同的光栅常数下光栅对间距和系统光路入射角对其色散补偿效果的影响。结果表明：在给定光栅常数的情况下，系统的色散随光栅对间距的增大而增大；不同光栅常数下色散量随入射角的变化趋势不同，但总体色散量随光栅常数的增大呈上升趋势。从间距和入射角两方面验证了选取光栅常数为1200 mm-1的光栅的合理性。最终，通过实验证明了光栅对的脉冲压缩效果满足太赫兹时域光谱系统对脉冲压缩的要求。
光栅 脉冲压缩 色散补偿 光栅对 光线追迹 太赫兹 光学学报
2022, 42(14): 1405004
1 广东工业大学 a.机电工程学院
2 广东工业大学 b.精密微电子制造技术重点实验室，广州 510006
为了获取优质的超短脉冲光源，文章将自相似脉冲与光栅对结合，通过数值模拟方法详细分析了自相似脉冲的演化和压缩过程。首先将半高全宽（FWHM）为1 ps、能量为45 pJ的高斯脉冲入射到色散渐减光纤中，产生具有强线性啁啾的自相似脉冲，然后利用光栅对对自相似脉冲进行啁啾补偿压缩，最终得到FWHM为80 fs、峰值功率为507.6 W的超短脉冲输出，压缩品质参量Q为0.96，压缩因子为12.5。在此基础上，文章又分析了色散渐减光纤中的三阶色散对光栅对压缩质量的影响，发现随着三阶色散的增加，压缩脉冲品质会显著降低。研究结果表明，当系统中三阶色散效应较小时，利用自相似脉冲与光栅对可得到高功率的超短脉冲。这一结果对超短脉冲的获取是有帮助的。
自相似脉冲 光栅对 色散渐减光纤 啁啾补偿 三阶色散 self-similar pulse grating pair dispersion-decreasing fiber chirp compensation third-order dispersion
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 等离子体物理重点实验室, 四川 绵阳 621900
3 中国工程物理研究院研究生院, 北京 100088
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。
激光光学 脉冲压缩 色散补偿 啁啾脉冲放大 参量放大 棱栅对
1 重庆大学机械工程学院, 重庆 400030
2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
波前畸变会影响平行光栅对压缩器输出脉冲的可压缩性和远场焦斑的质量。结合光线追迹法和夫琅禾费远场衍射原理建立了平行光栅对压缩器理论模型。同时分析了输入脉冲的波前误差、光栅衍射面的形变以及光栅波像差对压缩器输出脉冲远场焦平面时空特性的影响, 并采用蒙特卡罗方法数值模拟分析了其误差容许范围。为高功率激光装置中平行光栅对压缩器中进行波前畸变和光栅质量的控制提供了理论参考。
非线性光学 波前畸变 光栅对压缩器 时空特性 光栅形变 波像差
赵丹 1,2,3,4,*王逍 1,2,4王波鹏 1,2,3,4李志林 1,2,4[ ... ]朱启华 1,2,4
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院等离子体物理重点实验室, 四川 绵阳 621900
3 中国工程物理研究院研究生院, 北京 100088
4 上海交通大学IFSA协同创新中心, 上海 200240
在两种不同条件下分别讨论了平行光栅对压缩器输出激光脉冲的时间稳定性，采用数值计算的方法定量分析了光束指向性、折返镜姿态变化、光栅对平移误差等因素对压缩器输出脉冲脉宽的影响以及在不同光栅刻线密度下输出脉冲对这些因素的敏感程度，并给出了不同条件下不同影响因素的误差容许范围。
非线性光学 时间稳定性 光栅对压缩器 啁啾脉冲放大 光栅刻线密度
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
为了考察短脉冲激光装置中展宽压缩器的谱透过率对输出脉冲时间特性的影响, 通过解析推导得到了激光脉冲通过平行光栅对的谱透过率表达式。结果表明:谱透过率不仅与光栅尺寸及光栅线密度有关, 还与光束口径、入射角、光栅间距等参数有关;通常情况下展宽器的截止带通较小, 对脉冲的信噪比有较大的影响;而压缩器中由于光束口径很大, 有很宽的渐变透过率带通, 对压缩后的脉宽及信噪比有利。目前常见的短脉冲激光系统中,限制输出脉冲信噪比的往往是展宽器而非压缩器。
展宽压缩 谱透过率 时间特性 光栅对 谱剪切 stretcher and compressor spectrum transmissivity temporal properties grating-pair spectrum clipping
1 国防科学技术大学光电科学与工程学院,长沙 410073
2 国防科学技术大学理学院,长沙 410073
利用菲涅耳衍射的频域分析方法，对莫尔条纹复振幅分布公式进行了理论推导，得到了使用两块相同光栅组成的光栅付测量微小角度的原理公式，与利用几何光学等方法得到的结论一致.模拟结果表明：莫尔条纹是光栅付拍现象的最低频率含量，莫尔条纹内含有大量高次谐波；在探测器光学系统放大率一定的前提下，为通过直接测量莫尔条纹宽度的变化达到测量角度变化的目的，必须根据测角精度、探测器的尺寸和分辨率选择合适的光栅付光栅常数和光栅付初始夹角.
测量 小角度 频域分析 莫尔条纹 光栅付 Measurement Small angle Frequency domain analysis Moire fringe Grating pair
1 西南石油大学 理学院,南充 637001
2 四川大学 电子信息学院,成都 610064
3 西华大学 理化学院,成都 610039
4 西南技术物理研究所,成都 610041
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G2顺时针旋转时的脉宽变化与G2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。
非线性光学 光参量啁啾脉冲放大 光线追迹法 光栅对 失配 脉冲宽度 nonlinear optics optical parametric chirped pulse amplification ray-tracing method grating pair misalignment pulse width
