第十二讲 啁啾脉冲放大器
高功率全光纤啁啾脉冲放大激光系统
高功率全光纤啁啾脉冲放大激光系统
黄志华;许党朋;林宏奂;李琦;田小程;张锐;邓颖;王建军;李明中
【期刊名称】《强激光与粒子束》
【年(卷),期】2014(026)009
【摘 要】采用基于非线性偏振旋转原理的光纤被动锁模激光器作为主振荡器.输出信号脉冲的重复频率为30 MHz,脉冲半高全宽为265 fs.信号脉冲通过全光纤啁啾脉冲激光放大系统展宽至100 ps后,经过1级芯径10 μm的光纤预放大器和1级芯径50 μm的光纤功率放大器将脉冲平均功率放大至10W,斜率效率4 1.5％.输出脉冲经光栅压缩器将脉宽压缩至594 fs.
【总页数】4页(P84-87)
【作 者】黄志华;许党朋;林宏奂;李琦;田小程;张锐;邓颖;王建军;李明中
【作者单位】中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳621900;中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室,四川绵阳621900;中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳621900;中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室,四川绵阳621900;中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳621900;中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳621900;中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳621900;中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳621900;中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳621900;中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳621900;中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳621900;中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室,四川绵阳621900 【正文语种】中 文
【中图分类】TN244
【相关文献】
1.高功率光纤啁啾脉冲放大光源中的B积分受限 [J], 黄志华;邓颖;许党朋;田小程;林宏奂;张锐;朱娜;王建军;郑万国
2.超短光纤大功率多用途激光系统研制项目通过验收 [J],
脉冲倍频电路
脉冲倍频电路
脉冲倍频电路是一种在电子领域中被广泛应用的技术。它能够将输入的脉冲信号转换为具有更高频率的输出信号。这种电路常常被用于通信系统、雷达设备、激光器等高频信号处理的场合。
在一个脉冲倍频电路中，关键的组成部分是非线性元件。通常会使用二极管、晶体管、集成电路等器件来实现非线性转换。这些元件能够将输入信号中的高频分量通过非线性特性的处理，转换为更高频率的输出信号。
为了实现脉冲倍频，首先需要将输入信号通过一个脉冲发生器产生脉冲波形。然后，这个脉冲信号会经过一个非线性元件，如二极管。在二极管中，由于其非线性特性，信号中的高频分量会被放大，从而使得输出信号的频率变高。
除了二极管，晶体管也常常被用于脉冲倍频电路中。晶体管的非线性特性和放大能力使其成为一种理想的非线性元件。通过合理的电路设计和参数选择，可以使晶体管在工作频率范围内实现高效的脉冲倍频。
集成电路也被广泛应用于脉冲倍频电路中。集成电路具有体积小、功耗低、性能稳定等优点，可以实现复杂的信号处理功能。通过在集成电路中集成多个非线性元件和滤波器等功能模块，可以实现高性能的脉冲倍频电路。
脉冲倍频电路是一种重要的电子技术，在高频信号处理领域具有广泛的应用。通过合理选用非线性元件和优化电路设计，可以实现高效、稳定的脉冲倍频功能。这种技术的发展将进一步推动通信、雷达、激光等领域的发展，为人类的科技进步做出贡献。
基于光束偏转的扫描式宽带光参量啁啾脉冲放大
基于光束偏转的扫描式宽带光参量啁啾脉冲放大
叶荣;钟哲强;吴显云
【摘 要】光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)是超短激光脉冲领域的重要技术之一,增大增益带宽对提高OPCPA的转换效率、实现宽带光参量放大具有重要的意义.本文将光束偏转和非共线OPCPA有机结合,提出了基于光束偏转的扫描式宽带OPCPA模型.分析了通过光束偏转来时刻改变非共线角,以保证各频率成分的相位匹配,从而增大增益带宽的基本原理.采用提出的扫描式宽带OPCPA,针对800 nm中心波长、带宽约为100 nm信号光的光参量放大进行了数值计算.结果表明:经过扫描式OPCPA后,信号光的带宽与放大之前几乎相同,光谱没有窄化;扫描式OPCPA比固定非共线角方式的放大极大地增加了增益带宽和转换效率,实现了宽带的光参量放大;要满足信号光各频率成分的相位匹配,达到最大的增益带宽和转换效率,需要尽量减小加载到钽铌酸钾(KTa1?xNbxO3,KTN)电光晶体上的电压抖动和电压延时.
【期刊名称】《物理学报》
【年(卷),期】2019(068)002
【总页数】9页(P100-108)
【关键词】光参量啁啾脉冲放大;光束偏转;扫描;宽带
【作 者】叶荣;钟哲强;吴显云
【作者单位】成都师范学院物理与工程技术学院,成都 611130;四川大学电子信息学院,成都 610064;成都师范学院物理与工程技术学院,成都 611130
【正文语种】中 文
1 引 言
激光自20世纪60年代诞生以来, 各项性能和指标都已取得了极大的发展, 短脉宽、高强度是人类追求激光脉冲的目标之一. 在先后经过调Q技术 (Q-swithing)、锁模技术(mode-locking)、以及碰撞锁模(collision mode-locking)等技术的发展后,
激光脉冲的脉宽已逐步从纳秒(ns, 10-9—10-10 s)、皮秒(ps, 10-12 s)量级缩短到了飞秒(fs,10-15 s)甚至阿妙(as, 10-18 s)量级[1,2]. 超短激光脉冲具有极短的脉冲持续时间, 可以在时间上集中光能, 形成超高的峰值功率和电场强度, 因此在诸如强场物理[3]、材料物理[4]、聚变快点火[5]以及非线性光学[6]等领域都有着广泛的应用. 为了追求脉冲峰值功率的进一步提高, 将激光脉冲的能量进行放大是有效的手段. 其中, Strickland 等[7]把微波波段的啁啾雷达技术引入激光脉冲放大领域, 提出的啁啾脉冲放大(CPA)技术是当今世界上超短激光脉冲系统中脉冲能量放大的主要手段, 世界上多个研究机构都先后建立了CPA超短激光脉冲系统, 脉冲的能量和峰值功率都不断得到提升[8,9]. 尽管利用CPA技术已经较容易获得超高强度超短激光脉冲, 但它存在的如较强的放大自发辐射(ASE)、增益介质长、热效应严重、单通增益低、光谱增益窄化等缺陷催生了Dubietis等[10]提出了另外一种脉冲能量放大的技术, 即光参量啁啾脉冲放大(OPCPA). 相比CPA系统, OPCPA具有单程增益高、没有放大自发辐射的影响, 放大后脉冲对比度高、热效应较小、获得光束质量高、调谐方便等众多优点. 经过二十年来的发展, OPCPA技术已经较为成熟,
脉冲放大电路
脉冲电路基础知识讲解与分析
脉冲电路是专门用来产生电脉冲和对电脉冲进行放大、变换和整形的电路。家用电器中的定时器、报警器、电子开关、电子钟表、电子玩具以及电子医疗器具等，都要用到脉冲电路。
在电子电路中，电源、放大、振荡和调制电路被称为模拟电子电路，因为它们加工和处理的是连续变化的模拟信号。电子电路中另一大类电路的数字电子电路。它加工和处理的对象是不连续变化的数字信号。数字电子电路又可分成脉冲电路和数字逻辑电路，它们处理的都是不连续的脉冲信号。
电脉冲有各式各样的形状，有矩形、三角形、锯齿形、钟形、阶梯形和尖顶形的，最具有代表性的是矩形脉冲。要说明一个矩形脉冲的特性可以用脉冲幅度 Um 、脉冲周期 T 或频率 F 、脉冲前沿 T R 、脉冲后沿 T F 和脉冲宽度 T K 来表示。如果一个脉冲的宽度 T K =1 ／ 2T ，它就是一个方波。
脉冲电路和放大振荡电路最大的不同点，或者说脉冲电路的特点是：脉冲电路中的晶体管是工作在开关状态的。大多数情况下，晶体管是工作在特性曲线的饱和区或截止区的，所以脉冲电路有时也叫开关电路。从所用的晶体管也可以看出来，在工作频率较高时都采用专用的开关管，如 2AK 、 2CK 、DK 、 3AK 型管，只有在工作频率较低时才使用一般的晶体管。
就拿脉冲电路中最常用的反相器电路（图 1 ）来说，从电路形式上看，它和放大电路中的共发射极电路很相似。在放大电路中，基极电阻 R B2 是接到正电源上以取得基极偏压；而这个电路中，为了保证电路可靠地截止， R B2 是接到一个负电源上的，而且 R B1 和 R B2 的数值是按晶体管能可靠地进入饱和区或止区的要求计算出来的。不仅如此，为了使晶体管开关速度更快，在基极上还加有加速电容 C ，在脉前沿产生正向尖脉冲可使晶体管快速进入导通并饱和；在脉冲后沿产生负向尖脉冲使晶体管快速进入截止状态。除了射极输出器是个特例，脉冲电路中的晶体管都是工作在开关状态的，这是一个特点。
电信科学讲座 十二路载波机的设计和制作 第四部分 放大器
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简述啁啾脉冲放大过程
简述啁啾脉冲放大过程
啁啾脉冲放大( chirped pulse放大)是一种基于相对论效应的放大器技术,常用于放大高能量、高频率的脉冲信号。该技术的基本思想是将高速移动的粒子(例如电子)与接收器中的激光脉冲进行相互作用,从而将能量转化为功率,使得放大倍数得以提高。
啁啾脉冲放大的过程如下:
1. 粒子通过高速运动的空间隧道,与接收器中的激光脉冲相遇。
2. 粒子受到相对论效应的影响,其能量发生膨胀,同时其速度发生减慢,使得粒子与激光脉冲之间形成压缩的时空结构。
3. 压缩的时空结构会产生啁啾脉冲,其能量与粒子的能量相等,但频率比激光脉冲的频率低。
4. 啁啾脉冲被接收器中的探测器探测到,并转化为功率输出,从而实现放大。
啁啾脉冲放大的优点是具有高能量密度、高增益、低噪声等优点,同时具有空间分辨率高、抗电磁干扰等特点。该技术可以应用于各种领域,例如激光通信、精密测量、高能物理实验等。
除了相对论效应外,啁啾脉冲放大还受到其他因素的影响,例如粒子的偏振、空间隧道的曲率等。为了进一步提高放大倍数,需要对这些因素进行控制和优化。
啁啾脉冲放大是一种具有广泛应用前景的放大器技术,其独特的思想和方法为各种领域的信号放大提供了新的思路和选择。
谈2018年诺奖中的啁啾脉冲放大技术
谈2018年诺奖中的啁啾脉冲放大技术
2018年诺贝尔物理学奖除给了光镊发明者Arthur Ashkin，另一部分给了啁啾脉冲放大技术（CPA）的发明者Mourou先生和他的学生Strickland教授。既出人意料，也在意料之中。
飞秒激光脉冲的放大，在很长时间内是令人头痛的问题。主要问题是，极短的脉冲不利于吸收放大介质中的能量，和高峰值功率极易破坏放大器中的光学元器件。
对后者，简单的解决方法是，将脉冲的光束截面扩大，以减少单位面积内的脉冲能量和功率。可是，面积的扩大可能会带来泵浦能量密度的减少，更不利于吸收增益介质储存的能量。而且，光束面积的扩大是有限的。
Mourou先生及其学生Strickland，联想到雷达放大技术。雷达脉冲放大，就是利用雷达脉冲的宽带频谱，把雷达脉冲调制为频域的啁啾（类似鸟的叫声），在时域就是脉冲的展宽，再放大，以避免高峰值功率破坏的。能不能把这个技术移植到激光脉冲放大呢？因为飞秒激光脉冲本身也对应着非常宽的光谱。利用色散技术（不同的波长速度不同），将脉冲在时域展宽，然后再放大，不就既能避免放大中的光学损伤，又能更有效地获取增益了吗？接下来的问题是，介质材料的色散实在太小，有限长度内展宽不了多少。所幸的是，时间已至1980年代中期，光纤技术已经成熟。用光纤啊！于是，他们就用几公里的光纤，把脉冲展宽到了几百皮秒。后面的放大就顺理成章了。因为是利用频率的啁啾将脉冲展宽再放大的，这种技术就被命名为啁啾脉冲放大技术（chirped
pulse amplification，CPA）。放大后，脉冲再压缩原来的宽度。但是发现，因为高阶色散的失配，光纤展宽后的脉冲再压缩并非完美。直到光栅脉冲展宽器发明，光纤脉冲展宽器才被淘汰（当然有的场合还在用），脉冲压缩才逐渐完美。这是后话了。
这个发明可不得了。飞秒脉冲的峰值功率从原来的千瓦级，一下子就蹿升到了兆瓦（106W），到太瓦（10^12W），直到现在的拍瓦（1015W）【见下图】。所以，Mourou/Strickland师生获得诺奖，也当之无愧。
啁啾激光脉冲放大技术原理
啁啾激光脉冲放大技术原理
引言：
随着科技的不断发展，激光技术在各个领域中得到了广泛的应用。而其中的一项重要技术，就是啁啾激光脉冲放大技术。本文将围绕此技术的原理展开阐述，旨在为读者提供更深入的了解。
一、激光脉冲放大技术概述
激光脉冲放大技术是一种利用激光器对脉冲信号进行放大的技术，广泛应用于高能物理实验、激光雷达、激光医疗等领域。而啁啾激光脉冲放大技术则是在传统激光脉冲放大技术的基础上进行改进和优化的一种技术。
二、啁啾激光脉冲放大技术原理
啁啾激光脉冲放大技术的原理可以简单概括为以下几个环节：脉冲生成、脉冲放大和脉冲压缩。
1. 脉冲生成
啁啾激光脉冲放大技术的第一步是生成脉冲。通常采用的方法是通过模式锁定激光器产生超短脉冲。模式锁定是一种通过调整激光器内部的光学元件，使其产生特定的模式来实现脉冲的方法。
2. 脉冲放大
在脉冲生成后，需要对脉冲进行放大以增强其能量。啁啾激光脉冲放大技术采用了一种特殊的放大器，即所谓的“啁啾放大器”。啁啾放大器的特点是能够将传入的脉冲进行放大，并保持其原有的啁啾特性。
啁啾放大器的工作原理是利用一种称为“自相位调制”的技术。通过在放大器中引入控制信号，调节放大器的折射率，从而实现对脉冲的放大。同时，通过在放大器中引入特定的谐振腔结构，可以增强脉冲的激光场强度，进一步提高放大效果。
3. 脉冲压缩
在脉冲放大完成后，为了进一步提高脉冲的功率和能量密度，需要对脉冲进行压缩。啁啾激光脉冲放大技术通常采用非线性光学晶体或光纤等器件来实现脉冲的压缩。
脉冲压缩的原理是利用非线性效应，在光学晶体或光纤中产生高阶谐波，从而使脉冲的频谱发生变化，实现脉冲的压缩。通过适当设计压缩器的结构和材料，可以实现对脉冲的高效压缩，从而得到更高功率和更短脉冲宽度的激光。
三、啁啾激光脉冲放大技术的优势
啁啾激光脉冲放大技术相对于传统的激光脉冲放大技术具有以下几个优势：
1. 高能量：啁啾放大器可以有效地将传入的脉冲进行放大，从而实现高能量输出。
啁啾脉冲放大器原理
啁啾脉冲放大器原理
啁啾脉冲放大器是一种特殊的放大器，用于放大短时脉冲信号。它的原理主要包括以下几个方面：
1. 输入阶段：脉冲信号首先被输入到放大器的输入阶段。输入阶段通常由一个高速运算放大器和一个控制电路组成。控制电路可以根据输入信号的特性对放大器进行调节，以获得最佳的放大效果。
2. 直流偏置：为了确保输出信号的直流偏置稳定，放大器通常需要加上一个直流偏置电路。直流偏置电路会对输入信号加上一个固定的电压偏置，使得输出信号在直流水平上保持一致。
3. 功率放大：在输入阶段之后，脉冲信号会进入功率放大器部分。功率放大器通常由一个或多个晶体管组成，用于放大信号的幅度。晶体管会通过控制线性度来确保输出信号的质量。
4. 输出阶段：放大后的脉冲信号将进入输出阶段。输出阶段通常由一个输出级和一个负载电阻组成。负载电阻可以调整输出信号的电平以符合要求。
总体来说，啁啾脉冲放大器会对输入的短时脉冲信号进行放大，通过控制电路和功率放大器等部件来确保输出信号的质量和稳定性。
高效三通光参量啁啾脉冲放大器
第３１卷第３期 ２０１０年５月 应用光学 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ Ｖｏ１．３１ Ｎｏ．３ Ｍａｙ ２０１０
文章编号：１００２—２０８２（２０１０）０３—０５０８—０４
高效三通光参量啁啾脉冲放大器
李晓莉 ，石顺祥 ，刘红军 ，赵 卫
（１．西安电子科技大学技术物理学院，陕西西安７１００７１；
２．中国科学院西安光学机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７１Ｏ１１９）
摘要：为了提高信号光与抽运光在时域上的匹配，提高放大系统的增益，提出了三通光参量啁
啾脉冲放大的方法。实验中，信号光在一块晶体内被一抽运光在完全相位匹配的条件下放大了三
次，总放大增益为３．７×１Ｏ ，能量晃动小于３ ｒｍｓ，放大后的信号光谱宽为３０ ａｍ，压缩后的信
号光脉宽为８２ ｆｓ。实验结果表明：采用三通光参量啁啾脉冲放大方法，有效地抑制了放大过程中
参量荧光对放大过程的影响，在抽运光强为３５０ Ｍｗ／ｃｍ 时，参量荧光仅占输出总能量的１％。
关键词：激光放大器；参量振荡器与放大器；超快激光；超快技术
中图分类号：ＴＮ２４８．１ 文献标志码：Ａ
Ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｔｒｉｐｌｅ—ｐａｓｓｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ
ｃｈｉｒｐｅｄ ｐｕｌｓｅ ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ＬＩ Ｘｉａｏ—ｌｉ ，ＳＨＩ Ｓｈｕｎ—ｘｉａｎｇ ，ＬＩＵ Ｈｏｎｇ—ｊｕｎ ，ＺＨＡＯ Ｗｅｉ
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｘｉｄｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１００７１，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ
Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，ＣＡＳ，Ｘｉ’ａｎ ７１００６８，Ｃｈｉｎａ）