1 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室，重庆 400044
2 华中科技大学光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074
3 南方科技大学电子与电气工程系，广东 深圳 518055
随着超快激光应用需求的不断增长，激光控制技术正面临越来越多的挑战，超短脉冲操控研究亟待取得进一步的突破与发展。在激光器谐振腔增益、色散、损耗、非线性等效应共同作用下，多脉冲展现出比单脉冲更为丰富的动力学现象。研究表明其内部脉冲间距、相对相位、脉冲个数等参量具有高度可控性，为提升多脉冲的操控维度提供了新思路。本文从超快激光多脉冲的操控机理出发，介绍了多脉冲动力学、实时观测技术及激光器控制方法，重点综述了基于增益调制、偏振控制、色散调控、光机械效应等多脉冲操控方案，分析了各方案的性能，并展望了多脉冲操控技术的发展前景。
超快激光 超短脉冲 多脉冲束缚态 脉冲操控 锁模激光器 激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0314002
1 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 淮阴工学院数理学院, 江苏 淮安 223001
在充分考虑测量仪器特点的基础上设计非方形迹图,具体对原方形迹图进行如下三种操作:频率轴的低通滤波,降低非线性过程中相位匹配带宽的要求;频率轴的上采样,充分利用光谱仪的高分辨率;延时轴的下采样,明显减少测量耗时并提高精度。由此基于层叠成像算法对二次谐波、偏振门和交叉相位调制三种构型的频率分辨光学开关(FROG)使用非方形迹图进行脉冲重建并对重建能力进行比较,发现在频率轴“1/3×”低通滤波和“4×”上采样的情况下,交叉相位调制构型能够在仅使用8个延时(原方形迹图需128个)的情况下成功实现脉冲的重建。因延时操作为FROG技术中最耗时的环节之一,减少其次数可有效促进FROG用于超短激光脉冲的实时测量。
测量 超短脉冲表征 频率分辨光学开关 光束构型 非方形迹图
1 北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院, 北京 100124
2 北京工业大学北京激光应用技术研究中心, 北京 100124
高功率超短脉冲激光器在工业、科研和**等领域有着广泛应用。光纤-固体混合放大技术将光纤激光器的光束质量好、单程增益大、散热性好等优势和单晶光纤/棒状(块状)固体放大器的脉冲峰值功率高、非线性效应弱等优势结合,是实现结构紧凑、稳定性好、成本低的高峰值功率、大能量超短脉冲激光器的有效手段。总结了近年来1 μm波段掺镱光纤激光器、光子晶体光纤放大器、单晶光纤放大器和棒状(块状)固体放大器的国内外研究进展,重点介绍了本课题组在高功率超短脉冲光纤激光器、光子晶体光纤与固体放大器等领域的工作,同时探讨并展望了光纤-固体混合放大技术未来的发展方向。
激光器 激光放大器 超短脉冲 光纤-固体混合放大 高峰值功率
Author Affiliations
Abstract
1 School of Physical Science and Technology, Inner Mongolia Key Laboratory of Nanoscience and Nanotechnology, Inner Mongolia University, Hohhot 010021, China
2 State Key Laboratory of Transient Optics and Photonics, Xi’an Institute of Optics and Precision Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Xi’an 710119, China
In this paper, we innovatively conduct a Porro prism-based beam pointing stability promotion technique research and realize a high-performance rod-type photonic crystal fiber-based chirped pulse amplification (CPA) system, mainly including a frequency-reduced all-fiber pre-amplification stage, photonic crystal rod-based main amplification stage, and 1600 lines/mm transmission grating-pair compressor. Laser output with average power of 50 W, repetition rates of 500 kHz, pulse energy of 100 μJ, pulse duration of 830 fs, beam quality of M2<1.3, power fluctuation of 0.55% root mean square, and beam pointing drift of 19 μrad/°C over 8 h is realized. The high-performance laser system has an enormous application potential in fundamental research and precision manufacturing fields.
chirped pulse amplification ultrashort pulses high performance laser system High Power Laser Science and Engineering
2020, 8(4): 04000e40
1 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
高能拍瓦激光的高精度脉宽测量对离轴抛物面镜焦斑功率密度的诊断以及光栅损伤阈值的分析都具有重要意义。分析了光束指向性和近场分布的周期性调制这两方面的误差影响。结果表明, 当反射镜稳定性在5 μrad时,光束指向性的误差最大为0.03%。当近场调制周期增加时, 误差降低; 而调制度增加时, 误差增大。另外, 采用镜像结构能降低近场缺陷导致的测量误差。当调制深度为1.5、调制周期大于10时, 综合误差小于20%, 最小可降至10%。镜像结构的误差均小于15%, 最小可降至0。在拍瓦级激光脉宽测量实验中, 证实了近场调制对于脉宽测量的影响及改善效果。
激光器 超短脉冲 单次自相关 高能激光 超短脉冲测量 中国激光
2017, 44(11): 1104001
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
以傅里叶变换极限脉冲作参考脉冲，利用单次测量分析法对复杂的皮秒脉冲进行测量,用窗口傅里叶变换代替傅里叶变换对干涉条纹进行时间-频率分析，直接提取出复杂脉冲的啁啾特性或光谱成分，将光谱图中的功率密度S(ω, t)沿ω轴求和重建脉冲的时域包络.分别用该方法和传统频域干涉测量法测量一个线性啁啾脉冲和一个复杂脉冲.结果表明，该方法可实现复杂整形脉冲的实时测量，且时间分辨率为70 fs.
超快光学 超短脉冲测量 频域干涉测量法 窗口傅里叶变换 线性啁啾脉冲 Ultrafast optics Measurements of ultrashort pulses Spectral interferometry Short time Fourier transform Linear chirped pulse
1 天津理工大学 电子信息工程学院,天津 300384
2 南开大学 现代光学研究所 教育部光电信息技术科学重点实验室,天津 300071
提出了一种测算探测系统所需能量最低值的方法.利用该方法分别针对子脉冲能量不均匀和子脉冲能量均匀的脉冲数字全息光路系统进行讨论, 计算得到其探测系统对入射光强的能量利用率分别为41.3%和28.8%.用马赫-曾德干涉仪测出用以记录干涉条纹的电荷耦合器件能够有效记录全息图的能量临界值为56.7 mW.根据能量临界值和入射光能量利用率反推出两种探测系统所需的最低能量分别为0.86 W和1.575 W.
全息 超短脉冲 马赫-增德尔干涉仪 能量利用 全息图 Ultrashort pulses Mach-Zehnder interferometers Energy utilization Holograms 光子学报
2015, 44(12): 1214001
1 哈尔滨理工大学光电信息科学与工程系, 黑龙江 哈尔滨 150080
2 黑龙江大学物理科学与技术学院, 黑龙江 哈尔滨 150080
针对宽带超短脉冲的倍频,用光学设计软件设计了10 fs、0.8 μm 超短脉冲的倍频系统,该系统包括4个棱镜、2个聚焦透镜.宽带倍频系统要求脉冲中所有的波长成份在非线性晶体中均能实现相位匹配,据此选择操作数建立系统评价函数；以非线性光学倍频中的允许角度评价光学系统的质量；分别对基波和谐波的光路优化设计,获得的棱镜尺寸、棱镜间距和透镜焦距等参数能够使脉冲中的各频率成份以相位匹配方向入射到非线性晶体或无空间啁啾的合束.此外,编写宏对光学系统中群延色散进行控制,使基波在晶体中心无啁啾,以获得最佳倍频效果,谐波光路引入一定的群延色散补偿谐波中的啁啾,消除了谐波中的时间啁啾,获得高质量的谐波脉冲.
光学设计 超短脉冲 倍频 光谱角色散
Author Affiliations
Abstract
National Laboratory on High Power Laser and Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, No. 390, Qinghe Road, Jiading District, Shanghai 201800, China
The dispersion of a pair of prisms is analyzed by means of a ray-tracing method operating at other than tip-to-tip propagation of the prisms, taking into consideration the limited spectral bandwidth. The variations of the group delay dispersion and the third-order dispersion for a pair of prisms are calculated with respect to the incident position and the separation between the prisms. The pair of prisms can provide a wide range of independent and continuous third-order dispersion compensation. The effect of residual third-order dispersion on the pulse contrast ratio and pulse duration is also calculated. The residual third-order dispersion not only worsens the pulse contrast ratio, but also increases the pulse duration to the hundreds of femtosecond range for a tens of femtosecond pulse, even when the residual thirdorder dispersion is small. These phenomena are helpful in compensating for the residual high-order dispersion and in understanding its effect on pulse contrast ratios and pulse durations in ultrashort laser systems.
chirped pulse amplification dispersion prisms ultrashort pulses High Power Laser Science and Engineering
2014, 2(4): 04000e38
