大口径快速生长KDP晶体三倍频性能研究

主要研究大口径KDP晶体的高强度三倍频性能。采用正交偏振干涉法测量了晶体的光轴均匀性分布,并在神光III原型装置上利用快速生长二倍频晶体开展了高强度三倍频实验,验证了折射率均匀性分布对三倍频效率和近场的影响。实验结果表明,大口径快速生长KDP晶体的三倍频性能基本上满足神光III装置的要求,但快速生长晶体的受激拉曼散射增益系数和激光损伤阈值等性能仍有待进一步考核。     

用于大口径钛宝石放大器的四路钕玻璃抽运源

研制了一套能量输出稳定、光斑分布均匀、时域近方波形的四路钕玻璃抽运源系统。系统能够输出4×180J的基频能量(波长为1053nm),4×80J的倍频能量(波长为526.5nm)。主要结构包括四部分:前端种子源、再生放大器、钕玻璃棒放链和KDP倍频晶体。利用偏振片实现了垂直偏振的两路基频光合束,经过第二类相位匹配KDP晶体倍频,获得了共线且同偏振的526.5nm倍频光,实现了用于150mm口径钛宝石放大器的结构紧凑的双脉冲抽运源。     

采用角谱色散补偿法的宽带三倍频方案分析

针对线性啁啾的宽频带激光,分析了采用角谱色散(ASD)方法实现Ⅰ/Ⅱ类角度失谐的KDP晶体三倍频方案,讨论了光栅角色散、入射基频光的光强、带宽以及晶体厚度对三倍频转换效率、脉冲波形和光谱分布的影响,并对采用角谱色散补偿法的宽带三倍频方案参数进行了优化.研究结果表明,采用ASD方法,不仅能有效地提高带宽较宽条件下三倍频光的转换效率,而且还可以使三倍频光脉宽和带宽明显变宽、脉冲波形和光谱分布变光滑.经方案优化后,当入射基频光带宽11.2nm、光强2-6GW/cm2时的三倍频光转换效率可达到60%左右,比不采用ASD时的三倍频光转换效率提高了40%左右.     

高效宽带二倍频激光原理及实现方法

利用两块Ⅰ类KDP倍频晶体级联的方式,研究了时间相位调制宽带激光的二倍频特性.实验获得了二倍频转换效率与入射基频光功率密度的关系,在基频光功率密度为1.6 GW/cm2时,最大二倍频转换效率达70％,接近理论模拟的结果.实验结果表明,在高功率密度和低功率密度基频光条件下,倍频光光谱宽度约为入射基频光带宽的一半,与理论计...     

大口径KDP晶体定向方法的研究

为了获得高效的二次、三次倍频的转换效率,KDP晶体的定向精度非常重要,尤其是以KDP晶体光轴的严格定向为前提的.对于大尺寸晶体,定向的常用方法X射线衍射法和偏振光干涉法都有各自的局限性,因此,我们采用了一种用Nd:YAG激光器装置直接确定KDP倍频晶体的定向偏差以及o轴与e轴方向的方法.报道了实验原理方法和结果.     

两端支撑夹持结构参数对三倍频转换效率的影响

在高功率固体激光器的终端光学组件中,为了提升三倍频转换效率,对大口径薄型KDP晶体采取两侧支撑的夹持方法,并利用有限元分析软件建立了夹持系统的仿真模型。在此基础上,计算分析了晶体以不同倾斜角度放置时,支撑条数目和长度等夹持系统结构参数对晶体附加面形、相位匹配角及三倍频转换效率的影响。研究结果表明:晶体两侧支撑条总数为4时,大口径薄型KDP晶体附加面形的峰谷值和均方根值、晶轴变化的平均值和三倍频转换效率随支撑条长度的变化不大,且可获得理想的三倍频转换效率。解决了反复调试KDP晶体面形质量的问题而缩短了工程装校时间。     

高强度三倍频实验研究

针对KDP晶体的TypeI+ TypeⅡ匹配方式的三倍频方案,采用理论模拟与实验研究相结合方式,从非线性耦合波方程组出发,编制了考虑衍射、离散、吸收和端面反射等物理因素的二维模拟计算程序.针对x、y方向均是六阶超高斯分布的入射基频光,功率密度在2～8 GW/cm2时,得到了TypeⅠ倍频晶体厚度11.8 mm、失谐角300 μrad,TypeⅡ混频晶体厚度9 mm、失谐角为0 μrad的优化参数,此时三倍频转换具有较大的动态范围和较高的效率. 在星光Ⅱ激光装置大厅建立了高强度三倍频实验研究平台,实验平台上基频光光束口径为Φ70 mm、功率密度为1～7 GW/cm2内可调、脉冲宽度约为0.8 ns.在实验平台上采用Φ100 mm能量卡计对基频光(1ω)、二倍频(2ω)和三倍频光(3ω)的能量进行测量,二、三倍频的外部转换效率可达60%以上;利用条纹相机对1ω光和3ω光的脉宽进行测量,脉宽变化基本为0.8 ns(1ω)和0.5 ns(3ω);采用512×512点阵的CCD对1ω光和3ω光的近场分布进行了对应测量,通过图像处理,得到描述光束质量的强度调制度和通量对比度值.基频光的远场发散角利用列阵相机进行监测,得到对应的1ω光光束发散角θ=0.3±0.06 mrad.在倍频晶体后5 m远处用哈特曼小孔阵列板测量基频光和三倍频光的波前分布,得其均方根(rms)分别为1.129 waves和0.425 waves.实验中,当入射基频光功率密度较高时,倍频晶体出现了明显的非线性自聚焦丝破坏现象.(OB11)     

位相畸变三次谐波转换

研究了KDP晶体TypeⅠ /TypeⅡ角度匹配的三倍频方案中 ,离散效应和基波位相畸变对三次谐波的影响。重点考虑了位相畸变所带来的在光束全口径上e光折射率以及相位失配等的变化 ,分析了功率密度分布为超高斯型且具有Zernike多项式表述的各阶像差的光束的三次谐波转换过程 ,得到了不同像差对三次谐波横向光功率密度分布的影响以及转换效率变化曲线。     

神光Ⅲ原型装置中连续相位板的应用位置分析

用改进的盖斯贝格撒克斯通(G-S)算法对满足加工能力的连续相位板(CPP)进行了设计,并从对焦斑的整形能力、三倍频转换效率、近场强度调制等方面详细分析了基频光CPP和三倍频光CPP的性能优越差异,结果显示,基频光CPP可以满足焦斑的形态要求;在采用三倍频晶体(KDP)"Ⅰ+Ⅱ"倍频方式下,失谐角越大,转换效率受影响越大,且影响程度受目标焦斑大小的限制;对三倍频转换效率影响越大,三倍频光近场调制越大.计算结果对神光Ⅲ原型装置的CPP应用具有一定的指导意义.     

低频位相畸变对三倍频光聚焦特性的影响

本文采用均方根梯度描述低频位相噪声,建立了合理的低频位相畸变模型,以Ⅰ/Ⅱ类角度失谐KDP晶体的高强度三次谐波转换为例,详细的研究了低频位相畸变对三倍频光聚焦特性的影响。研究结果表明,三倍频光的焦斑半径随着基频光低频位相畸变的均方根梯度增大而明显增大,并且在均方根梯度较大时与基频光的焦斑半径相近。     

利用非共线二次谐波的产生测量ps光脉冲的形状和宽度

本文介绍了通过取样光脉冲与待测光脉冲在KDP晶体中非共线二次谐波的产生,测量ps光脉冲的形状和宽度的原理、装置和实验结果,并与自相关测量法进行了比较,给出了使用相关法测脉宽中的修正因子曲线。     

Servo tuning and stabilization of nonlinear optical crystals

A new optical technique for servo tuning and stabilization of angle tuned nonlinear optical crystals is described. This technique has zero insertion loss and works equally well with collimated, focused, or noncollinear fundamental beams. Servo tuning of a Type I KDP nonlinear crystal for summing the output of a tunable dye laser with the Nd:YAG second harmonic and servo stabilization of the production of the Nd:YAG fourth harmonic in Type I KDP are demonstrated.     

Resonant optical second harmonic generation and mixing

Experimental and theoretical results are described on the enhancement of optical second harmonic generation (SHG) and mixing in KDP by the use of optical resonance. Both resonance of the harmonic and of the fundamental are considered. Large enhancements are possible for resonators with low loss. Using a planoconcave harmonic resonator containing 1.23 cm of KDP, the authors achieved a loss < 4 percent per pass. This resulted in an enhancement of ∼ 500 times the harmonic power internal to the resonator and ∼ 10 times external to the resonator. When resonating, the fundamental enhancements of ∼ 5 were observed. The theory includes the effect of double refraction. This results in a coupling coefficient of the generated harmonic power to the transverse modes of the harmonic resonator. The experimental results are in substantial agreement with the theory.     

振幅调制和位相扰动条件下三倍频器参数的优化

采用Ⅱ/Ⅱ类偏振失配的KDP晶体倍频方案,讨论了振幅调制和位相扰动对倍频系统转换效率和动态范围的影响,提出了在高功率条件下提高倍频系统转换效率和增大动态范围的方法。在振幅调制和位相扰动条件下对倍频器参数进行了优化设计。     

Studies of high-power CW and quasi-CW parametric UV generation by ADP and KDP in an argon-ion laser cavity

Studies of second harmonic conversion of the 5145-Å line of the Ar II ion laser spectrum into the near UV at 2573 Å are presented. Close to optimum conditions were achieved by utilizing 90° phase matching in ADP and KDP crystals in a low loss focusing cavity. Small absorption losses in the cavity at the second harmonic frequency are presently preventing the realization of the expected theoretical efficiency.     

295毫微米附近连续可调谐二次谐波的产生

由闪光灯泵浦若丹明6G染料激光器产生的较低输出功率水平的宽带激光辐射,通过KDP晶体,有效地获得了窄带紫外谐波输出。通过改变相位匹配角θ,紫外谐波输出能在相当宽的光谱区内连续调谐。     

Second harmonic generation in 90º phase-matched KDP isomorphs

Experimentally determined 90° phase-matching temperatures, as a function of optical wavelength, for second harmonic generation in a number of KDP isomorphs are discussed. The data are applicable for SHG of tunable dye laser radiation to cover the UV spectral range of about 260-360 nm.     

Second harmonic generation of a new nonlinear optical material：urea L-malic acid

SinceFrankenfirstobservedthesecondharmonic generationphenomenoninthequartzcrystalin1961,nonlinearoptics(NLO)materialscapableoffrequency conversioneffect,electro opticeffect,andphotorefractiveeffectivehavebeenactivelysoughtoverthelastfour decadesduetotheco…     

折返点匹配的宽带二倍频实验研究

在二次谐波转换中,基频光和倍频光的群速失配是限制转换带宽的主要因素。利用折返点匹配的宽带谐波转换技术能同时实现基频光和倍频光的相位匹配和群速匹配,理论计算表明在折返点匹配的情况下,倍频转换带宽将显著增加。分别利用厚度10 mm,氘含量12%的KD*P晶体和厚度12 mm的KDP晶体对中心波长为1053 nm,谱宽为31 nm,能量为620μJ的基频光进行折返点匹配二倍频和传统二倍频的对比实验,前者取得了22 nm的转换带宽,远大于后者7 nm的转换带宽。实验结果证实了理论计算的正确性,显示了折返点匹配宽带谐波转换技术的优越性。相应地,前者转换效率为25%,大于后者20%的转换效率,导致倍频转换效率较低的主要因素是入射基频光的光束质量和光谱质量较差。     

单发次皮秒脉冲宽度的二阶自相关法测试

理论分析非共线二次谐波转换中非共线夹角与相位匹配角、温度及波长的变化关系,综合考虑非共轴二次谐波转换中群速度延迟、色散等因素影响,合理给出入射光斑直径、两束光之间的夹角、位相匹配角、晶体尺寸等设计参数。利用非线性晶体(KDP)非共线匹配倍频效应,研制了针对皮秒脉冲测试的单发次自相关仪,并对单发次皮秒输出脉冲宽度进行测试分析。