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
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 广东工业大学 机电工程学院,广州 510006
2 广东工业大学 精密微电子制造技术重点实验室,广州 510006
为了研究自相似脉冲在Mach-Zehnder干涉仪的压缩特性,采用非线性薛定谔方程对自相似脉冲的演化和压缩进行了模拟,分析了基于级联单模光纤的Mach-Zehnder干涉仪的光纤参数对脉冲压缩的影响。结果表明,在不考虑高阶色散的情况下,当上臂的两种单模光纤长度分别为8.16 m和2.16 m、下臂的单模光纤长度为8.16 m时,获得半峰全宽为27.85 fs、峰值功率为1860.59 W、基座能量比例为10.241%的最佳压缩脉冲; 考虑高阶色散时,脉冲在单模光纤中传输呈现出峰值功率增大、基座增大的现象,且脉冲右移不利于输出基座较小的压缩脉冲; 当3阶色散系数小于0.001 ps3/km时,利用Mach-Zehnder干涉仪来压缩能获得质量较好的飞秒脉冲。该研究结果对于自相似脉冲的压缩研究具有一定的参考价值。
光纤光学 Mach-Zehnder干涉仪 自相似脉冲 超短脉冲 基座能量比例 单模光纤 fiber optics Mach-Zehnder interferometer self-similar pulse ultrashort pulse pedestal energy ratio single-mode fiber
1 江苏师范大学江苏省先进激光材料与器件重点实验室,江苏 徐州 221116
2 同济大学高等研究院物理科学与工程学院,上海 200092
钙钛矿结构的新型Tm∶GdScO3晶体具有平坦且宽带(>450 nm)的增益光谱,可以产生2 μm波段少周期激光脉冲。然而,目前该晶体的锁模激光特性,尤其是其各向异性的超短脉冲输出特性尚未明朗。采用b切的Tm∶GdScO3晶体作为增益介质,通过共振泵浦被动锁模技术,详细研究了其E//a发光方向的飞秒脉冲输出特性,实现了60 fs激光脉冲产生(约9个光学周期),激光中心波长为2034 nm,光谱半峰全宽为80 nm,时间带宽积为0.35,接近傅里叶转换极限。该研究证明了Tm∶GdScO3晶体是实现2 μm波段少周期飞秒脉冲的理想激光材料,所获得的飞秒激光在分子超快动力学、高分辨率分子光谱学等科学研究领域极具应用潜力。
固体锁模激光器 Tm∶GdScO3晶体 超短脉冲 光学学报
2023, 43(22): 2214002
利用啁啾脉冲增益饱和放大特性,搭建了一台基于泵浦分束结构的波长可调谐1 μm全保偏光纤超短脉冲激光器。该激光器由超短脉冲激光振荡器和超短脉冲激光放大器组成,控制注入到放大器的啁啾脉冲能量,使放大器处于增益饱和或非饱和状态,从而实现激光中心波长的精确调节。实验中,激光器可产生1030.0~1034.5 nm波长可调谐的超短脉冲激光,光谱带宽大于13.1 nm。在整个波长调谐范围内,放大脉冲激光的信噪比均大于55 dB,时域脉宽为7.1~7.5 ps。此外,得益于全保偏光纤架构,该1 μm超短脉冲光源表现出良好的长期稳定性,平均功率的相对抖动低至0.1%。该激光器产生的波长可调谐超短脉冲激光,能够精准匹配Yb∶YAG、Yb∶CaF2、Yb∶Lu2O3等晶体的发射峰,可为后续Yb∶YAG、Yb∶CaF2、Yb∶Lu2O3等大能量超短脉冲固体激光器提供紧凑、便捷、稳定的种子光源。
激光器 光纤激光器 超短脉冲 泵浦分束 波长可调谐 中国激光
2023, 50(19): 1901002
强激光与粒子束
2023, 35(9): 091005
1 南京大学物理学院固体微结构物理国家重点实验室,江苏 南京 210093
2 南京大学物理学院人工微结构科学与技术协同创新中心,江苏 南京 210093
具有莫尔角的光学莫尔晶格使能带平坦化,为激光超短脉冲的脉宽调控提供了新的思路。通过组合两种不同周期的光子晶格,构建3种人工合成莫尔角逐渐增大的光学莫尔晶格,实现了莫尔晶格能带的平坦化。通过理论分析莫尔晶格的能带色散,发现人工合成莫尔角较大的莫尔晶格具有丰富的群速度色散,这导致了脉宽的剧烈变化。实验上,使用自相关仪测量了超短脉冲经莫尔晶格后的脉宽。在理论和实验上证明了莫尔晶格对超短脉冲脉宽的精准调控。提出的莫尔晶格对激光脉冲压缩器件的研究具有重要意义。
光学莫尔晶格 超短脉冲 群速度色散 自相关仪 脉宽调控 光学学报
2023, 43(20): 2032001
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