啁啾脉冲堆积宽带激光的三次谐波产生

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1、第２０卷第２期强激光与粒子束Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．２２００８年２月ＨＩＧＨＰＯＷＥＲＬＡＳＥＲＡＮＤＰＡＲＴＩＣＬＥＢＥＡＭＳＦｅｂ．，２００８文章编号：１００１４３２２（２００８）０２０２０７０５啁啾脉冲堆积宽带激光的三次谐波产生曾曙光，李琨，张彬（四川大学电子信息学院，成都６１００６４）摘要：针对啁啾脉冲堆积方法获得的宽带激光，分析了其形成机制，并给出了其时间波形和光谱分布。采用ＫＤＰ晶体Ⅰ／Ⅱ类角度失谐的三倍频方案以及Ⅰ／Ⅱ／Ⅱ晶体级联角度失谐方案，定量分析了啁啾脉冲堆积方式宽带激光三倍频转换效率随入射光强、带宽、以

2、及晶体厚度等因素的变化，并与时间相位调制的宽带激光三倍频的相应结果进行了比较。研究结果表明，采用晶体级联方式可以大幅度提高宽带三倍频转换效率，并且啁啾脉冲堆积宽带激光的三倍频转换效率的提高比时间相位调制宽带激光更为明显。关键词：啁啾脉冲堆积；宽带激光；三倍频；时间相位调制；晶体级联中图分类号：Ｏ４３７．１文献标识码：Ａ［１］在惯性约束聚变（ＩＣＦ）系统中，为了实现对聚变靶丸的压缩和点火，抑制压缩过程中产生的不稳定性，［２］提高压缩比和能量耦合效率，降低对激光能量的要求，激光的精确时间脉冲整形已成为ＩＣＦ前端系统的关键技术。目前的

3、整形方案主要有普克尔盒削波、集成光学波导调制器、光纤堆积器等。同时，为了进一步改善［３］［４］聚焦到靶面的三倍频光的均匀性，必须采用专门的光束匀滑技术。采用宽带光源，并运用ＩＳＩ、ＳＳＤ等光束匀滑技术可有效地改善靶上的均匀照明度，从而有效地提高靶对激光的吸收。并且光束的频谱宽度越宽，越容［５６］易实现光束的匀滑化。通常，宽带光源有时间相位调制宽带光源、飞秒脉冲宽带光源等。然而，在高功率条件下，宽频带三倍频技术的主要困难是保持三倍频光具有一定的频谱宽度的同时，实现高效率三倍频。［７］本文采用啁啾脉冲堆积（ＣＰＳ）的方法来获得宽带

4、平顶激光脉冲，进而利用宽带谐波转换理论，理论分析了啁啾脉冲堆积宽带激光的三次谐波产生特性。另外，由于对时间相位调制（ＴＰＭ）的宽带激光三倍频特性已［５６］有较为充分的研究，故本文将啁啾脉冲堆积宽带激光的三倍频特性与之进行对比。１啁啾脉冲堆积产生宽带激光１．１理论模型［７］本文采用啁啾脉冲堆积法来获得宽带平顶脉冲，即将若干个几十到几百ｐｓ的啁啾脉冲，通过调整其延时参数，得到ｎｓ量级的宽带平顶脉冲。此外，进一步通过适当调整脉冲堆积器各路脉冲的衰减系数，还可以得到不同形状的整形脉冲。采用啁啾脉冲堆积法获得的宽带平顶脉冲的场分布可表示

5、为犖－１２犈狀（狋）＝∑α狀犈０ｅｘｐ｛－［（１＋ｉ犆）／２］［（狋－狀Δ狋）／τ］－ｉω０（狋－狀Δ狋）｝（１）０式中：α为各路脉冲的衰减系数；τ为脉冲的１／ｅ半宽度；犈为光场的峰值振幅；犆为啁啾参数；ω为中心频狀００率；Δ狋为延迟时间（Δ狋＝犽犜，犽为延时参数，犜为单个脉冲半高全宽）；犖为子脉冲个数。００单个脉冲瞬时频率为２（２）ω（狋）＝ω０＋犆狋／τ由于相邻脉冲之间相互交叠，且各路脉冲均来自相同的光源，因此，脉冲堆积方式存在着各路脉冲之间相互干涉的问题。但对于单个啁啾宽带激光脉冲来说，根据式（２）可知，脉冲在不同时刻所对

6、应的频率不同。因此，在叠加时，相邻脉冲之间的干涉效应将减弱。然而，由于相邻脉冲重叠部分的频率差恒定且初始相位相同，叠加后的脉冲会出现拍频现象，从而导致叠加后的脉冲时间波形出现周期性“调制”（高低起伏）。调制的周期收稿日期：２００７０７１６；修订日期：２００８０１１３基金项目：四川省青年科技基金资助课题（０５ＺＱ０２６－０１３）作者简介：曾曙光（１９８４—），男，硕士研究生，主要从事激光物理和技术方面的研究；ｚｓｇ０５１９９９９＠１６３．ｃｏｍ。联系作者：张彬，ｚｈａｎｇｂｉｎｆｆ＠ｓｏｈｕ．ｃｏｍ。２０８强激光与粒子束

7、第２０卷与频率差有关，而频率差则与脉冲之间的延迟时间、啁啾参数以及单个脉冲脉宽有关。调制周期可表示为２／犆Δ狋（３）犜＝２πτ分析式（３）可知，啁啾参数犆越大，时延Δ狋越大，则调制周期越小，调制频率越高。另外，由于相邻脉冲之间的叠加，叠加后的脉冲频谱分布也将出现“调制”，频谱调制周期可表示为犜ω＝２π／Δ狋（４）根据傅里叶分析，由式（１）可得到入射基频光的频谱宽度（ＦＷＨＭ）为１／２（１＋犆２）１／２／τ（５）Δω＝２（ｌｎ２）１．２数值模拟在单个脉冲宽度一定的情况下，本文通过调整啁啾参数来改变入射基频光光谱带宽。图１（ａ）给出

8、了３２个啁啾脉冲堆积得到的宽带平顶脉冲的瞬时光强分布。计算中，假设单个脉冲为脉冲宽度为１００ｐｓ，啁啾参数为１２３的高斯脉冲，相应的光谱带宽为２．０ｎｍ（相应频谱宽度３．４１ＴＨｚ），中心波长为１０５４ｎｍ，延时参数为０．８。此时，对应的时间波形调制周期为２．３