《寬頻泵浦光參量啁啾脈衝放大技術研究》是依託中國科學院上海光學精密機械研究所，由孫美智擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：寬頻泵浦光參量啁啾脈衝放大技術研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：孫美智
- 依託單位：中國科學院上海光學精密機械研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
為推進強場物理與高能密度物理諸多前沿問題的研究,啁啾脈衝光參量放大技術（OPCPA）已成為當前國內外用於高功率超短脈衝產生的重要途徑。在所有短脈衝放大技術中，獲得超寬頻增益是實現超短脈衝有效放大的必要條件。本課題針對超寬頻OPCPA系統實現高增益頻寬問題，創新性提出採用寬頻泵浦光脈衝實現啁啾信號光脈衝放大的技術方案。在理論上，通過建立相應數值計算模型，實現OPA系統最佳化並分析輸出脈衝特性；在實驗上，初步建立毫焦耳輸出的驗證平台，其關鍵技術途徑包括：（1）利用倍頻技術產生寬頻泵浦光脈衝；（2）寬頻泵浦啁啾脈衝參量放大；（3）色散控制單元，採用基於雙密度光柵的棱柵結構實現寬頻泵浦光啁啾率的靈活調整以及輸出信號光高階色散大範圍控制。在單路10PW量級高功率超短脈衝雷射系統，特別是其末級主放大器設計實施中，本研究有望提供全新的技術方案。
結題摘要
針對本項目申請書要求，主要完成研究內容包括四個方面：其一，建立了完備的窄帶與寬頻泵浦光參量放大相位匹配數值分析模型，能夠分析所有非線性晶體內可能存在的所有匹配方式的所有匹配參數；其二，建立窄帶與寬頻泵浦OPA全系統數值模型，完成皮秒與飛秒域建立一維時域耦合波方程數值模型，以及亞納秒域與納秒域準四維時空域耦合波方程數值建模，模型用於分析光束質量、轉換效率、穩定性等關鍵系統參數，並能夠對參量放大系統工程實施過程中遇到的問題進行分析、對系統輸出能力進行預測；其三，在雙密度棱柵結構的色散控制單元方面，完成了平面棱柵、立體棱柵以及多密度棱柵的理論實驗驗證，可作為小壓縮器用於超短脈衝雷射系統高階色散補償；其四，完成了寬頻倍頻實驗，在404nm中心波段附近實現光譜超過30nm的倍頻脈衝輸出，但因為處於兼併態，404nm波段寬頻泵浦放大808nm寬頻信號光結果並不理想，如果能夠獲得532nm波段線性啁啾的寬頻泵浦光，匹配頻寬與轉換將有極大的提升。 在該項目支持下完成的數值分析模型，用於本實驗室建立SGII-5PW雷射系統總體路線與工程排布最佳化，起到指導作用：在808nm波段、910nm波段與1053nm波段，對所有常用非線性晶體DKDP、KDP、BBO、ADP、LN、LiIO3、LBO、YCOB、BIBO、KTP等所有可能的6中匹配方式進行計算，給出了完整分析，選定了808nm波段基於BBO、LBO與DKDP晶體作為增益介質的全OPCPA方案；利用耦合波方程模型，對各級放大器進行理論模擬，模擬結果與當前工程實驗結果有很高的符合度，當前已經實現30J/27fs的1PW量級超短脈衝輸出，並能夠提供物理實驗。 在本項目支持下完成的寬頻倍頻實驗，實現了404nm波段30nm以上的寬頻倍頻。該光譜寬度的啁啾脈衝理論上可以被壓縮到10fs以內，且經過倍頻過程，信噪比將會大幅度提高，該技術可望為高信噪比的超短超強紫外光源產生提供選擇，可以豐富國內外在建的大型超短雷射裝置多樣化功能。
