中国工程物理研究院激光聚变研究中心等离子体物理全国重点实验室，四川 绵阳 621900
短脉冲强激光驱动中子源具有微焦点、短脉宽、高注量率的特点，在创新研究和应用方面显示出独特潜力，得到了广泛关注。简要回顾了激光中子源的发展历史和现状，特别是超短脉冲激光驱动束靶中子源的最新研究进展。首先，介绍了激光中子源束流品质提升方面的研究工作。其中，产额提升是激光中子源研究以及实现相关应用的首要问题。当前的研究主要通过反应通道选择、离子加速优化等技术途径来实现激光中子源产额的提升。除了产额提升之外，人们还格外关注激光中子源的方向性提升，提出了削裂反应、逆反应动力学等新方案。其次，介绍了激光中子源参数的诊断方法与现状。通过对激光中子源能谱、角分布、脉宽和源尺寸等参数的精密表征，人们对激光中子源的特性有了更全面的了解，这有力支撑了其应用。最后，回顾了激光中子源目前已开展的应用演示实验。激光中子源适用于部分与传统中子源类似的应用场景，同时基于激光中子源超短脉冲、超高通量等新特性有望拓展出新的独特应用。
激光光学 激光离子加速 激光中子源 超短脉冲激光
强激光与粒子束
2023, 35(11): 111001
1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学南湖之光实验室，湖南 长沙 410073
3 国防科技大学高能激光技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410073
高精度光程控制是宽谱激光相干合成中的关键技术之一，是在一定光谱宽度条件下保持多路激光相干性的重要手段。为了保持各路激光之间的时间相干性，对于光谱宽度为10 nm量级的激光，光程差一般要控制在十几个波长以内。因此，为了实现宽谱激光的相干合成，除了对多束激光进行相位控制，还需要同步地对各路激光之间的光程差进行有效控制。本文研究了基于光谱滤波的相位与光程同步控制技术，利用放大自发辐射光源和中心波长为1064 nm的光纤带通滤波器产生光谱宽度为10 nm的光纤激光，通过光谱滤波的方式实现相位和光程的同步探测与控制，光程控制范围优于0.1 ps，相位控制残差<λ/16。该方法在高平均功率光纤激光相干合成中具有重要的应用价值。
相干合成 超短脉冲 光谱滤波 光程控制 光学学报
2023, 43(17): 1714008
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory on High Power Laser and Physics, 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 Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, China
As optical parametric chirped pulse amplification has been widely adopted for the generation of extreme intensity laser sources, nonlinear crystals of large aperture are demanded for high-energy amplifiers. Yttrium calcium oxyborate (YCa4O(BO3)3, YCOB) is capable of being grown with apertures exceeding 100 mm, which makes it possible for application in systems of petawatt scale. In this paper, we experimentally demonstrated for the first time to our knowledge, an ultra-broadband non-collinear optical parametric amplifier with YCOB for petawatt-scale compressed pulse generation at 800 nm. Based on the SG-II 5 PW facility, amplified signal energy of approximately 40 J was achieved and pump-to-signal conversion efficiency was up to 42.3%. A gain bandwidth of 87 nm was realized and supported a compressed pulse duration of 22.3 fs. The near-field and wavefront aberration represented excellent characteristics, which were comparable with those achieved in lithium triborate-based amplifiers. These results verified the great potential for YCOB utilization in the future.
optical parametric amplification petawatt ultra-short pulse yttrium calcium oxyborate High Power Laser Science and Engineering
2023, 11(1): 010000e2
刘宇翔 1,2,3张瑞康 1,2,3王欢 1,2,3陆丹 1,2,3,*赵玲娟 1,2,3
1 中国科学院半导体研究所 材料重点实验室，北京 100083
2 中国科学院大学 材料与光电研究中心，北京 100049
3 低维半导体材料与器件北京市重点实验室，北京 100083
针对高速光采样、光频梳以及光通信系统应用，研制了1.5 μm波段高重频超短脉冲输出半导体锁模激光器。基于AlGaInAs/InP材料体系，采用两段式单片集成锁模结构，引入稀释波导结构，综合降低光限制因子、提升材料饱和能量、降低腔内损耗，从而降低有源区色散对脉冲的影响并提升脉冲峰值功率，最终在1.5 μm波段实现了重复频率24.3 GHz、脉冲宽度680 fs的亚皮秒光脉冲输出，脉冲光谱宽度为7.2 nm，脉冲峰值能量为525 mW。
半导体激光器 锁模激光器 单片集成 超短脉冲 稀释波导 Semiconductor lasers Mode-locked lasers Monolithic integrated circuit Ultra-short pulse Dilution waveguide
1 北京工业大学材料与制造学部，北京市激光应用技术工程技术研究中心，北京 100124
2 北京工业大学跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室，北京 100124
3 北京工业大学激光工程研究院，北京 100124
4 Edgewave公司，Würselen 52146，德国
本文报道了利用自制低损耗、无节点反谐振空芯光纤传输高功率1064 nm皮秒脉冲激光的研究。光纤包层由7根平均壁厚为700 nm的细玻璃管组成，纤芯直径为42 μm，外径为175 μm。选择脉冲宽度为15 ps且重复频率可调谐的高功率激光器作为实验光源。使用不同长度的光纤进行了传输测试，测试结果表明：当输入单脉冲能量为403 μJ、平均功率为40.3 W、峰值功率为26.8 MW的激光时，最高可实现370 μJ的高能量激光输出，传输效率高达91.8%。分析了超短脉冲经过不同长度光纤后时域和频域的变化情况，结果表明：当光纤长度为1 m时，脉冲保持无畸变传输，光谱发生轻微变形；当光纤长度增长至3.3 m时，由于非线性效应的影响，脉冲宽度展宽至26 ps，光谱展宽至70 nm。本研究表明无节点反谐振空芯光纤有望在超短脉冲激光的传输应用领域发挥重要作用。
激光光学 超短脉冲传输 无节点反谐振空芯光纤 峰值功率 单脉冲能量 非线性效应
1 上海科技大学物质科学与技术学院, 上海 200120
2 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
3 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
提出一种基于全光纤光谱干涉的多路超短脉冲大动态范围时间同步单次测量方法,弥补了非线性相关法测量同步状态时测量范围小和示波器测量时分辨率差的不足,解决了同步测量中空间光路的复杂性和单次实时测量的难题。首先对多路光纤阵列干涉测量进行仿真计算,然后设计四路脉冲传输的光路并在实验中验证多路同步单次测量方法的可行性,最后详细分析测量误差的来源和影响。该测量方法的最小同步时间精度为5.3 fs,测量范围为1.055~14.751 ps,与仿真结果有较好的一致性。该测量方法具有光纤链路易于集成、光谱干涉数据处理速度快、测量信号能量需求低等优势,在多路超短脉冲激光相干合束系统中有重要应用前景。
测量 同步测量 超短脉冲 光谱干涉 光纤阵列 单次测量 中国激光
2021, 48(16): 1604003
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室, 上海 200062
3 济南量子技术研究院, 山东 济南 250101
实验验证了基于全保偏光纤的单通光参量中红外(MIR)超短脉冲产生方案。基于全光纤主振荡功率放大(MOPA)结构,获得了平均功率为2.4 W、脉冲宽度为48.85 ps、中心波长为1029.75 nm的可调重复频率近红外脉冲。当系统重复频率为100 kHz时,近红外脉冲的峰值功率可达491 kW。利用该近红外脉冲泵浦MgO-PPLN晶体,当入射脉冲的平均功率为608.9 mW时,获得了平均功率为66.13 mW的中红外皮秒脉冲,相应的峰值功率为13.5 kW。通过调控晶体的反转周期和温度,可实现3180~3976 nm的可调波长输出。该方案具有结构简单、稳定度高的特点。
激光技术 超短脉冲 光纤激光器 光参量产生 中红外激光 光学学报
2021, 41(12): 1236001
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室, 上海 200062
3 济南量子技术研究院, 山东 济南 250101
设计了一款重复频率精确锁定的飞秒脉冲和皮秒脉冲双路输出光纤激光器。该激光器采用输出为近傅里叶变换极限的皮秒脉冲作为种子源,其脉冲宽度为21 ps,重复频率为40 MHz。该种子脉冲经1∶1分束后,分别注入飞秒和皮秒脉冲放大链路中。通过有效管理脉冲放大过程中的非线性和色散,实现了宽带光谱飞秒脉冲和窄带光谱皮秒脉冲的同步输出。其中,飞秒脉冲放大链路是将皮秒种子脉冲先经过单模光纤功率放大器,而后在50 m保偏单模光纤中利用自相位调制效应进行光谱展宽,光谱展宽至6.12 nm;进一步采用光栅对去啁啾后,得到了脉冲宽度为483 fs、平均功率为210 mW的飞秒脉冲输出。皮秒脉冲放大链路的皮秒种子脉冲经过功率预放大、脉冲选单至10 MHz后,由200/40光子晶体光纤主放大器进行功率提升,得到了脉冲宽度为25 ps、单脉冲能量为1.4 μJ、光谱宽度为0.86 nm的皮秒脉冲输出。此外,通过采用压电陶瓷精确控制和步进电机范围控制相结合的方式,实现了对皮秒种子源谐振腔重复频率的长时间精确锁定。激光器开启并达到热平衡后,8 h测量时间内重复频率峰峰值抖动小于3 mHz,标准偏差为0.31 mHz。
激光器 光纤激光器 超短脉冲同步 锁模激光器 非线性效应 中国激光
2020, 47(10): 1001001
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国人民解放军31032部队，辽宁 沈阳 110020
本文开展了基于半导体光开关技术实现超短脉宽CO2激光输出的物理机制研究。首先，在分析光生载流子过程及载流子复合扩散机制的基础上，引入直接吸收、俄歇复合、等离激元辅助复合以及双极扩散等物理过程，并基于Drude理论，完善了半导体光开关理论模型。其次，利用该模型对两级半导体光开关产生超短CO2脉冲机制进行了数值模拟及分析，结果显示该模型与国外最新实验结果一致，表明了模型的合理性与正确性。最后，利用该模型分析了控制光脉冲宽度对两级光开关工作效率的影响，发现短的控制光脉冲更有利于精确、高效地截取出高质量的超短CO2脉冲。本文研究证明半导体光开关法是实现超短CO2激光脉宽可调输出的有效技术途径。
CO2激光 半导体光开关 光生等离子体 超短脉冲 CO2 laser semiconductor switching laser-produced plasma ultra-short pulse
