中国激光院士及其科研成果系列报道四
主要科研项目:
1、掺钛兰宝石飞秒激光脉冲的产生、放大、压缩技术研究
理论上:研究了软光栏机制通过数值计算研究了泵浦光束的空间分布与锁模的影响,计算与实现表明要实现软光栏锁模泵浦光束的空间分布应为高斯或准高斯分布;对放大器的各种光学元件的色散特性及非线性特性研究了超短脉冲放大过程中的增益变化效应对放大脉冲的影响。实现上:研制成可直接产生15fs的掺钛兰宝石激光器,输出平均功率400mw(二路),光谱半宽80nm,中心波长790nm或830nm,重复频率91MHZ,有自己的特色与创新;啁啾脉冲再生与压缩技术研究,光栅对展宽的光脉冲宽度-20ps,展宽倍数约1000倍,放大后的单脉冲能量166uj,重复率5kHZ,放大器脉冲重复率1-5KHz可调,放大后脉冲的光谱带宽26nm,压缩后的光谱带宽50fs。特点与创新:为解决中国难于蒸镀优质的带宽超过100nm部分反射膜(T=8%)的技术难题,提出激光器的腔镜全部用带宽达200nm的全反镜,取消部分反射镜作为耦合输出镜;利用增透石英片作输出耦合元件,使激光器输出二路激光,一路作为种子源,一种作为泵浦源和普克尔盒触同步信号。
2、低增益区红外TI<'3+>:A<,12>O<,3>飞秒激光器
飞秒范围内的激光脉冲的产生与测量及各种时间分辨光谱技术具有广泛的带动性和极强的渗透性,对于基础研究及其相关技术的发展至关重要,这类激光器的研究具有重要的科学意义和极大的应用价值。该激光器采用四镜式二棱镜补偿系统,应用自锁原理实现了飞秒运转,该成果的主要内容如下:连续波输出功率为20MW;激光器输出波长的调谐范围为0.9-0.977um;激光器在最佳工作条件下,产生的最短光脉冲为37fs,重复频率为83MHZ;锁模激光器输出平均功率大于80mw,其平均功率与输出光脉冲宽度和泵浦功率有关;激光输出横模近似为TEMo模;该项目于1997年10月28日通过西安分院组织的鉴定,鉴定委员会一致认为,该课题组成功地研制出中国第一台低增益区红外Ti〈’3+〉:A〈,12〉O〈,3〉飞秒激光器,达到九十年代国际先进水平。
3、光纤激光技术研究
在理论上利用非线性薛定谔方程,采用数值计算方法详细计算了单通状态下拉曼孤子光脉冲在光纤中的产生及演化过程。得到如下结论:泵浦功率一定时,存在着最佳光纤长度,得到拉曼光脉冲最短,一般在刚超过泵浦阈值时拉曼光脉冲比较窄;短光纤泵浦阈值高,但产生的拉曼光脉冲持续时间短;短光纤中的调制不稳定性大,四波混频的阈值较拉曼阈值低,同步泵浦光纤环形腔激光器的研究中首先在中国利用1.3um连续锁模Nd:YLF激光器泵浦环型腔光纤激光器产生了最短195飞秒,波长1.395um的拉曼光脉冲。以同步泵浦方式工作时,光泵浦功率一定时,存在最佳光纤长度,此条件下光脉冲压缩率最大。泵浦光脉冲越窄,可获得较大的压缩比,但脉冲质量差。单独的群速失配会使XPM调制作用减弱,光脉冲压缩率减少。总体效果:信号光速度快,压缩率增大。反之,压缩率减少。在实验上获得最短光脉冲为195飞秒;利用时间-色散调谐技术,获得调谐范围1.386um-1.403um;1.374um-1.432um。在光纤非线性研究方面给出了比较完善的共振四光子吸收上转换及多波混频非线性光学过程的理论解释,在实验上获得转效率达0.09%波长588nm黄光。
4、低重复频率钛宝石飞秒激光放大器
研制出了重复频率为10次,单脉冲能量为20mj,脉冲宽度小于200fs中心波长为800nm的钛宝石激光放大器。该项目主要包括以下几个部分:振荡器、光脉冲展宽器、再生放大器、能量放大器、光脉冲压缩器。由振荡器可产生80到100fs的光脉冲,能量为6到10nj,然后经隔离器进入民宽比倍数大于1000的四通式单光栅光脉冲展宽器中,将光脉冲展宽到240ps然后注入到再生放大器中,经过再生放大器后可获得50mj的未压缩光脉冲,压缩后得到单脉冲能量为20mj,光脉冲宽度小于200fs的放大器。该项目的研究成功,对于超快过程的研究具有实现意义。
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