飞秒激光产生与放大技术-1.docx

飞秒激光产生与放大技术－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－第３７卷第２期红外与激光工程２００８年４月Ｖｏｌ．３７Ｎｏ．２ＩｎｆｒａｒｅｄａｎｄＬａｓｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＡｐｒ．２００８收稿日期：２００７－０６－２０；修订日期：２００７－０８－０１基金项目：国家自然科学基金资助项目（６０５３７０６０）作者简介：陈国夫，男，广东蕉岭人，研究员，研究方向为飞秒激光的产生和放大。Ｅｍａｉｌ：[e-mail]飞秒激光产生与放大技术陈国夫，程光华，令维军（中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室，陕西西安７１０１１９）摘要：介绍了飞秒激光的发展和相关的应用。重点讨论了产生飞秒激光脉冲的几种方法；激光脉冲色散的物理机制及补偿方法；获得变换极限脉冲的条件等。还介绍了超短超强激光脉冲的放大与压缩技术，获得高功率窄脉冲的基本条件和啁啾脉冲放大原理；详细地讨论了基于非线性效应实现高信噪比、宽光谱、高效率脉冲放大的光参量啁啾脉冲放大技术，在飞秒激光脉冲放大中的应用和发展前景。最后还阐述了阿秒光脉冲产生与测量的新技术。关键词：飞秒激光；进展；产生；放大中图分类号：ＴＮ２４文献标识码：Ａ文章编号：１００７－２２７６（２００８）０２－０１９５－０５ＧｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄｌａｓｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣＨＥＮＧｕｏ!ｆｕ，ＣＨＥＮＧＧｕａｎｇ!ｈｕａ，ＬＩＮＧＷｅｉ!ｊｕｎ（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＴｒａｎｓｉｅｎｔＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｈｏｔｏｎｉｃｓ，Ｘｉ′ａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＭｅｃｈａｎｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｘｉ′ａｎ７１０１１９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｅｄｔｈｅｐｒｏｇｒｅｓｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄｌａｓｅｒ，ａｓｗｅｌｌａｓ，ａｆｅｗｍｅｔｈｏｄｓｔｏｇｅｎｅｒａｔｅｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄｌａｓｅｒ，ｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｌａｓｅｒｐｕｌｓｅｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎａｎｄｉｔｓｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｒａｎｓｆｏｒｍｌｉｍｉｔｅｄｐｕｌｓｅ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｕｌｔｒａ!ｓｈｏｒｔａｎｄｕｌｔｒａｉｎｔｅｎｓｅｌａｓｅｒｐｕｌｓｅｓ，ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｃｈｉｒｐｅｄｐｕｌｓｅａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｍａｉｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｈｉｇｈｐｅａｋｐｏｗｅｒ，ｓｈｏｒｔｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈ．Ｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｃｈｉｒｐｅｄｐｕｌｓｅａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ（ＯＰＣＰＡ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗｈｉｃｈｌｅａｄｓｔｏｈｉｇｈｓｉｇｎａｌｎｏｉｓｅｒａｔｉｏ，ｗｉｄｅｓｐｅｃｔｒａｌｂａｎｄｗｉｄｔｈ，ｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｗａｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｄｎｅｗｍｅｔｈｏｄｓｏｆｇｅｎｅｒａｔｉｎｇａｎｄｍｅａｓｕｒｉｎｇａｔｔｏ!ｓｅｃｏｎｄ（ａｓ）ｌａｓｅｒｐｕｌｓｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄｌａｓｅｒ；Ｐｒｏｇｒｅｓｓ；Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ０引言自２０世纪６０年代末７０年代初提出激光锁模技术（Ｍｏｄｅ!ｌｏｃｋｉｎｇ），便开始了超短脉冲时代，经过短短２０多年的发展，先后出现了主动锁模（ＡＰＭ）、被动锁模、碰撞锁模（ＣＰＭ）、相加脉冲锁模等，采用这些锁模技术可以将激光脉冲缩短到皮秒（１０－１２ｓ）甚至飞秒（１０－１５ｓ）量级。到２０世纪８０年代中期，随着宽带激光增益晶体－掺钛蓝宝石的发现加之非线性效应导致的自锁模（ｓｅｌｆ!ｍｏｄｅｌｏｃｋｉｎｇ）技术和啁啾脉冲放大技术的出现，使我们真正步入超短超强脉冲时代。采用这种技术后，输出的激光脉宽可以短到飞秒量级，脉冲功率可达太瓦（１０１２Ｗ）、拍瓦（１０１５Ｗ），聚焦后的功率密度达到１０２１Ｗ／ｃｍ２，这种高强度的聚焦光场与物质相互作用后，可以产生高温、高压、高强场、高密度等极端物理条件，对开展“快点火”激光聚变、高亮度Ｘ射线的产生、实验室天体物理及探索极端条件下强光与物质作用等重大科学研究提供了有力的手段。总之，超短脉冲激光主要红外与激光工程第３７卷向宽带超短脉冲和高能量高峰值功率两个方向发展。二者相互关联，使得激光输出的聚