可变脉宽啁啾矩形脉冲产生技术研究

In this project, we will focus on the square-waveform laser source generation, which is used in the front-end system of the laser driver in laser inertial confinement fusion. In this front-end system, one of the designs is that the “seed source” to provide high signal-to-noise ratio flat-topped nanosecond square pulses with certain energy and bandwidth, the pulse-width is in the range of 5 – 10 ns. According to this require, we propose to implement a square-waveform fiber laser, which is combined the mode-locked technology and fiber nonlinearity, and output a 1053 nm square-waveform pulse laser with the pulse-width tuning range from 1 ns to 30 ns. The square waveform pulse laser has advantages of compact, flexible, flatten, and tunable, and has the potential to solve the affect of Fm to Am.

本项目研究用于激光惯性约束核聚变驱动器前端的矩形脉冲光源。在驱动器前端系统的一个设计方案中，要求“种籽光源”能为后续系统提供数个具有一定能量和带宽、高信噪比、顶部平坦的纳秒方波激光脉冲作为初步整形脉冲，其脉冲宽度在5-10ns。针对这一需求，本项目提出研究光纤矩形脉冲激光器，该激光器将锁模技术与光纤非线性结合，产生一个中心波长为1053nm，脉冲宽度1ns-30ns连续可调的矩形脉冲激光。该激光器具有结构简单紧凑，操作灵活，脉冲顶部平坦稳定，脉冲宽度调谐简便等优点，且有望解决“幅频效应”带来的影响

本项目针对ICF工程上的需求提出研究一种新型的具有较快的上升、下降沿和平坦顶部的纳秒级矩形脉冲全光纤激光光源。在本项目的资助下，我们围绕矩形脉冲全光纤激光器的输出脉冲特性，提高激光器输出性能以及激光器参数的优化开展研究工作，所取得的研究成果如下：..双泵浦被动锁模8字腔光纤激光器：.提出了一种双泵浦的8字腔结构光纤激光器首次获得了脉冲宽度与峰值功率均可调谐的矩形脉冲。通过调节激光器中两个泵浦的强度可以获得脉宽在5.6~30.4ns，峰值功率从4.5W到8.3W的范围内独立连续可调的矩形脉冲。采用数值模拟的方法分析了这种矩形脉冲的产生机理，从增益饱和效应的角度解释了矩形脉冲的脉宽调谐以及双泵浦情况下的峰值功率调谐现象。..1.0μm波段宽光谱矩形脉冲输出被动锁模光纤激光器：.提出了两种在1.0μm波段8字腔结构的光纤激光器中获得宽光谱矩形脉冲的方法。其中，引入大色散的方法可得到脉宽在百纳秒量级可调、3dB谱宽接近1nm的较宽光谱矩形脉冲，引入非线性效应的方法得到脉宽在十纳秒量级可调，3dB谱宽约2.4nm，顶部平坦且稳定，前后沿陡峭的矩形脉冲。..矩形脉冲特性研究：.采用双光束干涉的方法研究了不同激光器输出的相干特性。结果显示1.0μm波段窄光谱矩形激光器至少在百皮秒量级的时间范围内具有非常好的相干性，而1.0μm波段较宽光谱矩形激光器则相干性较差。使用非线性薛定谔方程从理论上分析了这两种矩形脉冲相干性不同的内在原因，揭示了1.0μm波段宽光谱矩形与窄光谱矩形不同的形成过程,并形成软件一套。..高功率宽光谱矩形脉冲光纤激光器：.研究了基于双包层掺镱光纤的高功率宽光谱矩形脉冲光纤激光器。获得了最高平均输出功率1.31 W，中心波长1083.65 nm，光谱3 dB宽度6.5 nm，脉冲宽度从4.79 ns至14.43 ns连续可调，重复频率2.469 MHz，单脉冲能量高达530.58 nJ的矩形脉冲输出。通过调节8字腔双向环的长度，观察到在稳定输出矩形脉冲的情况下，光谱的宽度由6.5 nm窄化至0.08 nm的过程。