Parasitic lasing suppression in high gain femtosecond petawatt Ti: sapphire amplifier

New parasitic lasing suppression techniques are developed and high gain amplification is demonstrated in a petawatt level Ti:sapphire amplifier based on the chirped pulse amplification (CPA) scheme. Cladding the large aperture Ti: sapphire with refractive-index matched liquid doped with absorber suppresses the transverse lasing. The acousto-optic programmable dispersive filter (AOPDF) is used to realize side-lobe suppression in the temporal profile of the compressed pulse. The 800 nm laser output with peak power of 0.89 PW and pulse width of 29.0 fs is demonstrated. (c) 2007 Optical Society of America.

Generation of double pulses in-line by using reflective Dammann gratings

Doubled femtosecond laser pulses in-line are needed in the collinear pump-probe technique, collinear second harmonic generation frequency-resolved optical gating (SHG FROG) and the spectral phase interferometry for direct electric-field reconstruction (SPIDER), etc. Normally, it is generated by using a Michelson's structure. In this paper, we proposed a novel structure with two-layered reflective Dammann gratings and the reflective mirrors to generate doubled femtosecond laser pulses in line without transmission optical elements. Angular dispersion and spectral spatial walk-off are both compensated. In addition, this structure can also compress the positive chirped pulse, which cannot be realized with a Michelson's structure. By adopting triangular grating and blazed gratings, the efficiency of the system would in principle be increased as the Michelson's scheme. Experiments demonstrated that this method should be an alternative approach for generation of the double compressed pulses of femtosecond laser for practical applications. (c) 2006 Elsevier GmbH. All rights reserved.

Spectral shaping of femtosecond pulses with a prism-waveguide coupler

We report a novel technique for spectral shaping of femtosecond pulses employing a prism-waveguide coupler (PWC). It is demonstrated that the PWC is capable of producing a frequency-dependent loss with greater attenuation at the peak of the spectrum profile of femtosecond pulses than in the wings, which is especially useful for compensation for gain narrowing in most chirped-pulse amplification laser systems.

展宽器元件失调及带通分析

通过光线追迹法给设计的反射式单光栅展宽器建立了一个数学计算模型。利用这个数学模型计算和分析了元件失调对反射式单光栅展宽器二阶色散量和输出光束发散角的影响，并考虑了反射式单光栅展宽器中衍射光栅和球形凹面镜的尺寸与展宽器带通的关系。发现当平面反射镜M1的纵向偏离角为0．2°时．展宽器的二阶色散量最大，偏离角大于或小于0．2°时，展宽器的二阶色散量随之减小；得到了元件失调会增加输出光束发散角的结论；并发现展宽器中衍射光栅和球形凹面镜尺寸的有限大小对带通有限制作用。提出了利用反射镜M1纵向的适当偏离增大展宽器二阶

变栅距光栅实现啁啾脉冲光谱整形

为了充分利用放大介质的增益带宽，获得脉宽更短，功率更高的输出脉冲，需要将输入到主放大链的种子脉冲进行光谱整形来补偿放大过程中的增益窄化效应。提出了利用变栅距反射光栅实现中心波长1053nm，谱宽6nm啁啾脉冲的光谱整形。运用严格的光栅衍射耦合波理论分析光栅的衍射特性，发现该方案不会引入相位畸变。分别计算和分析了刻槽深度、入射角大小、光栅周期以及入射光波长的变化对衍射效率的影响，通过选取适当的光栅参量可获得0．5％～84％的光谱调制深度。

有限尺寸光栅压缩器的优化设计

分析了超短超强激光系统中有限尺寸光栅压缩器设计的关键物理参数及约束条件,得到了压缩器优化的三项基本变量。给出了一种输出能量最大化的压缩器优化方法,进而确定了有限尺寸光栅压缩器的最大工作能力。针对传统的圆光束方案提出了改进的椭圆光束方案,增大了聚焦能量,减小了焦斑尺寸,提高了峰值聚焦功率密度。通过数值模拟对500 mm曝光口径介质膜光栅在圆光束和椭圆光束两种方案下的最大输出能力进行分析比较,指出单块光栅在椭圆光束方案下可以实现500 fs,500 J,1 PW的脉冲输出。

宽光束进入展宽器提高输出脉冲对比度分析

根据分析啁啾脉冲对比度模型,通过光线追迹法详细分析了展宽器对输出脉冲对比度的影响.发现当扩大进入展宽器的入射光束口径,从2mm扩大到40mm时,输出脉冲的对比度提高了近两个数量级;同时发现在相同条件下,当输入脉冲为双曲正割函数时,其输出脉冲的对比度明显好于输入脉冲为高斯脉冲和矩形脉冲的情形。

展宽器中非对称光谱剪切对输出脉冲对比度的影响

在展宽器中,光谱的剪切情况非常重要,它直接影响输出脉冲的质量。以ffner展宽器为例,参照以往建立的光线追迹模型,建立了分析展宽器中光谱剪切的模型。发现当展宽器的参数确定好后,光栅放置的位置对激光脉冲光谱剪切有非常重要的影响。当光栅相对于光轴中心对称放置时,展宽器容许通过的光谱相对于激光中心波长将是非对称分布的,即此时在展宽器中发生的光谱剪切为非对称光谱剪切,在神光II第9路拍瓦激光装置中,这种非对称光谱剪切将使输出脉冲对比度下降一个数量级。为了使展宽器中通过的光谱相对于激光中心波长对称分布,需要将光栅相对于光轴非中心对称放置。

基于电光调制的激光光谱整形技术

提出了一种新型的基于电光调制的激光光谱整形方案，该整形技术可以减轻啁啾脉冲放大系统中的增益窄化效应。傅立叶变换限的宽带种子激光脉冲通过光学展宽器线性展宽后，耦合到加载有整形电脉冲的集成波导调制器中进行整形，整形电脉冲由孔径耦合带状线电脉冲发生器产生。由于线性啁啾脉冲时间-频率的直接对应关系，在时域内对宽带种子激光脉冲整形，其光谱也得到了同样形状的整形。模拟了整形光谱形状，相应的整形电脉冲波形，分析了该整形技术的光谱整形分辨率，以及整形过程中引入的相位畸变。

Offner展宽器曲面镜误差对输出脉冲对比度的影响

在ffner展宽器的设计研究中,对曲面镜曲率半径的误差研究非常重要,它直接影响输出脉冲的质量。因此有必要分析ffner展宽器中曲面镜曲率半径的误差对输出脉冲对比度的影响。参考ffner展宽器的光线追迹模型,建立了ffner展宽器中曲面镜曲率半径存在误差时的光线追迹模型;根据建立的模型,详细分析了曲面镜曲率半径的误差对输出脉冲质量的影响;发现在目前曲面镜曲率半径的加工误差在0.2%~0.5%的情况下,完全可以满足神光II拍瓦激光装置中对展宽器的要求;同时发现如果曲面镜曲率半径存在误差时,应该尽量使两曲面镜之间的距离保持为凹面反射镜曲率半径的一半,而不是使两曲面镜保持同心。

脉宽压缩光栅用的多层膜设计和性能分析

应用于啁啾脉冲放大技术中的脉宽压缩光栅是基于多层膜作为基底，利用全息干涉技术和离子束技术刻蚀而成。脉宽压缩光栅的衍射效率和抗激光损伤阈值一方面依赖于光栅结构的设计，另一方面很大程度上取决于作为基底的多层膜的设计。给出了以413．1nm作为写入波长，1053nm作为使用波长的多层介质光栅膜的设计．样品在ZZS-800F、型真空镀膜机上采用电子束蒸发方式沉积而成，并给出了膜系结构对光学性能影响因素的详细分析，结果表明膜系H3L(H2L)^9H0．5L2．03H满足光栅膜的指标。给出了样品光学特性测试，其使用波

全电介质脉宽压缩光栅的研究进展

超短脉冲超高能量激光器作为研究光和物质相互作用以及惯性约束聚变的手段而得到了广泛的应用。综述了应用于啁啾脉冲放大(CPA)系统的脉冲压缩光栅(PCG)的发展概况；分析和评述了脉宽压缩光栅的设计原理和制作工艺，并给出了脉宽压缩光栅的发展展望。实践和理论证明采用多层膜介质衍射光栅是实现高性能脉宽压缩光栅的一种优良的设计方案。

用于掺钛蓝宝石激光系统的高反膜的激光损伤

用电子束蒸发制备了用于掺钛蓝宝石啁啾脉冲放大激光系统的TiO2/HfO2/SiO2高反膜，其带宽约为176nm（R>98%, λ0=800nm），激光损伤阈值（LIDT）为2.4 J/cm2。通过TiO2和HfO2单层膜的透过光谱计算了这两种材料的折射率和消光系数。高反膜的性能主要由高折射率材料决定：折射率越高，反射带越宽；消光系数越小，薄膜吸收越小，LIDT越高。最后，讨论了高反膜的激光损伤机制。

多层介质膜脉冲宽度压缩光栅与超短脉冲作用时的性能分析

基于啁啾脉冲放大技术的超短脉冲激光系统是提供超快、超强激光的重要途径，具有良好输出波形和高损伤阈值的多层介质膜脉冲宽度压缩光栅是获得高峰值功率脉冲激光的关键。基于傅里叶谱变换方法和严格模式理论，分析了多层介质膜光栅（MDG）在超短脉冲作用下的光学特性。结果表明，当MDG的反射带宽小于具有高斯分布的入射脉冲的频谱宽度时，-1级反射脉冲呈非对称高斯分布，其前沿出现振荡，并且-1级反射脉冲能量开始剧烈下降，讨论了MDG结构参数对其反射带宽的影响。分析了MDG与超短脉冲作用时的近场光分布，对提高其抗激光损伤特性具

用于钕玻璃啁啾脉冲放大系统光谱整形的多层介质膜反射镜

在千焦拍瓦高功率啁啾脉冲放大系统设计中,为了尽量消除增益窄化和增益饱和效应的影响,同时尽可能提高高功率激光输出脉冲信噪比参数,激光脉冲时空和光谱的整形问题备受关注.提出一种光谱整形新方法,利用特定结构的多层介质膜反射镜,可实现对大能量高功率啁啾脉冲钕玻璃放大系统中啁啾脉冲的光谱整形.研究结果表明,只要合理选择多层介质膜系的结构参数,可有效地控制其反射率分布,且在保证反射相位基本不变的条件下其调制度可超过60%.针对钕玻璃1053nm波长设计而成的光谱整形反射镜,反射带宽可达到196nm,色分辨率约为0.1nm,在几十纳米波长范围所对应的相位偏差小于12mrad,相当于λ/524,能够满足"神光Ⅱ"千焦拍瓦改造的技术指标要求.