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。     

大口径KDP晶体加工相位扰动与三次谐波转换

根据神光Ⅱ三次谐波转换中的各种现象,分析了晶体中高频周期相位调制的影响。目前国内大口径KDP晶体在中高频段存在强烈周期性相位调制,相位调制周期约20mm,调制幅度约35nm,导致三次谐波近、远场产生明显的强度调制,实验测得三倍频的近场周期条纹对比度在0.1～0.3之间,周期约12mm,理论分析该周期相位调制导致光束下游元件产生自聚焦风险明显增大,并且会引起三倍频远场畸变分裂,可聚焦能力下降。中高频段的周期调制可能来自于晶体加工过程中真空吸附,需要进一步实验判断并在加工中消除周期性的相位扰动。     

强激光三次谐波转换效率与相位扰动的关系

研究了以Ⅰ／Ⅱ类角度失谐设置方式下，高强度激光在KDP晶体中的谐波转换问题。采用了包括三阶非线性、离散及衍射等效应的谐波转换计算模型，详细讨论了在三阶非线性、离散和衍射等效应的情况下，相位扰动与三次谐波转换(THG)效率的关系，绘出了相应的关系曲线。结果表明，相位扰动会使三次谐波转换效率降低，谐波转换效率越高三倍频的调制越小，提高二三次谐波转换效率可以抑制相位扰动对其产生的不利影响。     

三阶非线性效应对高强度三次谐波转换的影响

研究在高功率条件下I／Ⅱ类角度失谐倍频方案中，KDP晶体的三阶非线性效应对三次谐波转换效率和光束质量的影响。研究结果表明，三阶非线性效应不仅使三次谐波转换效率明显下降，而且还会降低三倍频光的光束质量。     

脉冲形状对三次谐波转换的影响分析

本文研究了基频光脉冲波形对三倍频转换效率的影响,对高斯脉冲和平顶脉冲的不同谐波转换特点作了详细分析,研究结果表明,当基频光脉冲形状偏离理想的平顶分布时,适当地降低二倍频转换效率,可提高三倍频转换效率。当基频光为高斯脉冲时,在3GW/cm2的输入条件下最佳的二倍频转换效率为56.8％,低于理论预计的66.7％。进一步的,计算了不同功率密度下,最佳二倍频转换效率与超高斯脉冲阶数的关系。     

窄带三次谐波转换的逆问题

以分步离散傅里叶变换和四阶R-K法为基础,给出了解决激光三次谐波转换逆问题(即已知输出三倍频光场分布以及三次谐波转换器参数的情况下,求解输入基频光场分布)的方法,对三次谐波转换的逆问题进行了数值计算和分析,并讨论了逆算的初始光场条件对迭代计算次数及计算精度的影响。结果表明,对于设定的输出三倍频光场分布,可通过逆解三次谐波转换过程及数值迭代方法,求得相应的输入基频光场分布。     

聚焦对二次谐波转换效率的影响

利用KTP晶体,腔外倍频1.0795μmTEM00模Nd:YAP激光,在实验上研究了二次谐波转换效率随聚焦透镜的焦距及晶体位置变化而变化的规律。结果表明:给定的晶体,存在一个最佳聚焦条件及最佳的晶体位置。     

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。     

相位畸变在三次谐波转换中对聚焦光斑形态的影响

采用均方根（RMS）梯度表征的随机相位屏捕述光束的低频相位噪声；用随机相位扰动描述中、高频相位噪声，建立了波前相位畸变模型。以ⅠⅡ类角度失谐KDP晶体的高强度三次谐波转换为例，详细研究了三次谐渡转换过程中，基频光和三倍频光的波前相位畸变之间的定量变化关系，分析了三次谐波转换过程对聚焦光斑形态的影响，研究结果表明，三倍频光的焦斑半径随着基频光低频相位畸变的均方根梯度增大而明显增大，且在均方根梯度较大时，三倍频光的焦斑半径几乎与基频光相近。     

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。     

利用晶体串接实现宽带三次谐波转换

从耦合波方程出发,分别在小信号、高功率密度(1.5 GW/cm2)条件下研究了晶体串接三次谐波(THG)转换方案,并利用实验验证了该方案。实验观察到这种方案可以有效提高宽带激光三次谐波转换效率,但混频晶体之间的距离对宽带三次谐波转换效率影响明显。在1.5 GW/cm2平均功率密度下,实验中最佳距离25 mm处,对带宽3.5 nm的啁啾脉冲取得了19.75%的三倍频效率,这对于高功率激光宽带三次谐波转换的解决很有意义。     

惯性约束核聚变驱动器高强度三倍频系统输出能力分析

以惯性约束核聚变(ICF)驱动器———原型装置(TIL)的研制为背景,针对原型装置首束达标的要求,采用理论模拟指导实验,实验结果考核程序的方法,对影响惯性约束核聚变驱动器大口径高强度三倍频(THG)效率的多种因素进行了详细的分析和研究,并对惯性约束核聚变驱动器高强度三倍频系统的输出能力进行了详细的分析。结果表明,当I1ω(基频光功率密度)为2.7 GW/cm2左右时,实测效率为50%~55%,而理论计算值为60%左右,理论结果和实验结果符合得很好,为原型装置的八束达标和功率平衡提供了相应的实验依据和计算工具。     

三次谐波系统动态行为的LYAPUNOV指数分析

本文讨论了三次谐波系统动力学演化过程中，系统ＬＹＡＰＵＮＯＶ指数和分维发收敛情况。在不同控制参数下，用系统的最大ＬＹＡＰＵＮＯＶ指数谱和分维数谱对系统的动力学行为进行了定量描述。数值结果表明，系统在不同参数下分别出现周期态、混沌态和混沌 带中的周期窗口，而相应的ＬＹＡＰＵＮＯＶ指数具有不同的收敛特征。     

Multistate Tuning of Third Harmonic Generation in Fano-Resonant Hybrid Dielectric Metasurfaces

Hybrid dielectric metasurfaces have emerged as a promising approach to enhancing near field confinement and thus high optical nonlinearity by utilizing low loss dielectric rather than relatively high loss metallic resonators. A wider range of applications can be realized if more design dimensions can be provided from material and fabrication perspectives to allow dynamic control of light. Here, tunable third harmonic generation (THG) via hybrid metasurfaces with phase change material Ge₂Sb₂Te₅ (GST) deposited on top of amorphous silicon metasurfaces is demonstrated. Fano resonance is excited to confine the incident light inside the hybrid metasurfaces, and an experimental quality factor (Q-factor ≈ 125) is achieved at the fundamental pump wavelength around 1210 nm. Not only the switching between a turn-on state of Fano resonance in the amorphous state of GST and a turn-off state in its crystalline state are demonstrated, but also gradual multistate tuning of THG emission at its intermediate states. A high THG conversion efficiency of η = 2.9 × 10⁻⁶% is achieved, which is 32 times more than that of a GST-based Fabry–Pèrot cavity under a similar pump laser power. Experimental results show the potential of exploring GST-based hybrid dielectric metasurfaces for tunable nonlinear optical devices.     

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。     

超高强度飞秒脉冲的三次谐波转换

针对超高强度飞秒激光,对利用单块BBO晶体产生三倍频(THG)的过程进行了分析,比较了单块晶体中三阶非线性效应以及级联二阶非线性效应对三倍频转换效率的作用,讨论了入射基频光光强、晶体厚度、自相位调制(SPM)、交叉相位调制(XPM)、群速度失配、失谐角、方位角等因素对三倍频光转换效率、时间波形及光谱分布的影响,在此基础上,提出了提高三倍频转换效率的方法.研究结果表明:入射基频光强一定时,三倍频光的峰值光强、脉冲宽度(FWHM)随晶体厚度变化不明显.通过优化基频光入射角度,可提高单块BBO晶体三倍频光转换效率及峰值光强,并减小三倍频光脉冲宽度.此外,方位角的优化也可在一定程度上提高三倍频转换效率.     

金属-氧化物结点三次谐波特性分析与实验研究

基于金属与金属氧化物接触的势垒模型和整流理论,从金属-氧化物结点的非线性伏安特性出发,分析了金属-氧化物结点在微波照射下的谐波再辐射特性及结点上产生的三次谐波电流分量的表达式。此外,从金属-氧化物自身的角度出发,经过详细的理论推导,讨论了金属-氧化物结点再辐射特性中影响三次谐波电流分量强弱的因素。理论结果表明,其它条件相同时,当金属与氧化物的接触面积较小,或者金属与氧化物接触面的势垒高度较大时,金属-氧化物结点上再辐射的三次谐波电流分量较弱。最后,通过实验测试验证,当金属与氧化物的接触面积减小或者金属与氧化物接触面的势垒高度增大时,金属-氧化物结点上的三次谐波分量明显减弱。