BBO Ⅱ类共线相位匹配结构中群速失配的补偿

为了消除群速失配对飞秒光参量放大(OPA)的不利影响，描述了在Ⅱ类共线相位匹配的飞秒BBO光参量放大中，同时倾斜抽运光和信号光的脉冲波面完全补偿三波群速失配的方法。理论计算了三波群速匹配时，相位匹配角、抽运光和信号光的脉冲波面倾斜角随信号光波长的变化。并分析了三波群速匹配对抽运光光斑尺寸的要求和对参量带宽的影响。结果表明，利用该方法不仅能够完全补偿飞秒BBO光参量放大在连续调谐时三波的群速失配，而且能够实现最大的参量带宽。此外，选取合适的抽运光光斑尺寸对提高参量增益至关重要。     

BBO晶体Ⅰ类相位匹配从可见光到近红外光宽带参量放大的带宽研究

超快激光的应用,需要有高功率、窄脉宽和宽调谐的激光光源。飞秒光参量放大是产生可调谐、短至几个飞秒光脉冲的一种重要方法。为获得极窄的飞秒光脉冲,飞秒光参量放大器就应该有尽可能大的本征带宽。理论研究了BBO晶体在Ⅰ类非共线相位匹配条件下的宽带参量放大特性。将多色相位匹配技术应用于飞秒光参量放大,推导出信号光带角色散时的宽带运转条件。分别介绍了从可见光到近红外光选取合适的参数实现宽带运转的方法。基于400nm蓝光抽运的BBO晶体光参量放大器(OPA),系统地分析了非共线角和信号光角色散值对相位失配和参量带宽的影响。研究结果表明选取适当非共线角和在近红外光中引入适当的角色散可极大提高参量带宽。     

BBO晶体Ⅱ类相位匹配光参量放大理论分析

理论研究了BBO晶体在Ⅱ类相位匹配下非共线情况时的参量放大特性。计算了在不同非共线夹角下的相位匹配角度。在增益谱分布的模拟计算中发现Ⅱ类匹配具有非常窄的增益带宽，并在其参量带宽的模拟计算中得到了证实。数值模拟了转换效率随晶体长度的变化曲线。分析了抽运光脉冲和信号光脉冲的时间不同步以及初始输入的信号光脉冲形状对转换效率的影响。选择最佳晶体长度和同步时间，最大转换效率可达到25％。研究结果表明BBO的Ⅱ类相位匹配具有非常窄的参量带宽和增益带宽，这对于窄带的激光参量放大的研究有重要意义，并拓宽了BBO晶体在光参量放大技术中的用途。     

周期性极化晶体的群速匹配飞秒脉冲光学参量放大

研究了周期性极化晶体非共线参量放大的群速匹配和群速色散.提出了估算光学参量放大(OPA)光谱带宽的一般性方法.光谱带宽由波矢失配中泰勒级数展开式的第一、第二项决定,当展开式中一级项为零时,三个非共线相互作用波是群速是匹配的,这时参量带宽由群速色散决定.选择合适的光栅周期,能获得调谐范围较宽的群速匹配脉冲参量放大,参量带宽与晶体长度、非共线角及群速色散有关.研究了增益带宽与晶体长度及抽运光强度的关系,也研究了离散角和有效非线性系数等.由于群速匹配,参量带宽很大,大大增加了最大有效长度和能量转换效率.     

BBO晶体类相位匹配光参量放大理论分析

理论研究了 BBO晶体在 类相位匹配下非共线情况时的参量放大特性。计算了在不同非共线夹角下的相位匹配角度。在增益谱分布的模拟计算中发现 类匹配具有非常窄的增益带宽 ,并在其参量带宽的模拟计算中得到了证实。数值模拟了转换效率随晶体长度的变化曲线。分析了抽运光脉冲和信号光脉冲的时间不同步以及初始输入的信号光脉冲形状对转换效率的影响。选择最佳晶体长度和同步时间 ,最大转换效率可达到 2 5 %。研究结果表明 BBO的 类相位匹配具有非常窄的参量带宽和增益带宽 ,这对于窄带的激光参量放大的研究有重要意义 ,并拓宽了 BBO晶体在光参量放大技术中的用途。     

基于不同非共线结构的光参量放大器的带宽特性研究

研究了多种非共线结构下基于周期极化铌酸锂晶体的皮秒脉冲光参量放大器的调谐带宽和参量带宽特性,确定了当能够获得大且稳定的调谐带宽时应使用的最佳非共线结构、抽运光波矢和晶体光栅矢量间的最佳非共线角θ以及最佳极化周期,同时给出了用于计算不同温度下周期极化铌酸锂晶体的最佳极化周期的数学公式。此外,通过对相位失配进行泰勒级数展开,分别得到了保留一阶、二阶和三阶导数项时的参量带宽计算公式,随后将利用这些公式和相位失配表达式计算得到的参量带宽进行了对比,进而分析了高阶导数项对参量带宽的影响。在此基础上提出了一个用于最大化光参量放大过程的调谐带宽和参量带宽、确定非共线角α和工作温度等最佳工作参数的可行方案。     

三波参量过程中CsLiB6O10晶体角度调谐研究

基于三波耦合过程中的能量动量守恒和CsLiB6 O1 0 (CLBO)晶体的Sellmeier方程,分别对共线及非共线参变过程中Ⅰ型、Ⅱ型相位匹配条件下CLBO晶体的角度调谐特性进行了详细的研究。这对于扩大飞秒激光的调谐范围、产生高效率的参量激光以及激光脉冲的激光参量过程的优化具有重要的意义。     

频率分辨光学开关法测量飞秒脉冲

阐述了频率分辨光学开关法测量飞秒脉冲的原理,详细分析了模式尺寸效应和非线性效应对飞秒脉冲测量的影响.构建了一台用于飞秒脉冲测量的二次谐波-频率分辨光学开关装置,利用该装置对谐振腔输出的飞秒脉冲及压缩后的脉冲进行了测量.得到了飞秒脉冲的时间宽度及光谱宽度、电场及其相位在时域和频域的详细信息.谐振腔直接输出脉冲的时间宽度为56 fs,光谱宽度为27 nm,时间带宽积为0.686,算法中的最小误差为0.001792.脉冲压缩后的测量结果为27 fs,光谱宽度为92 m,时间带宽积为1.27,算法误差为0.0093289.     

PPLN晶体中不同非共线结构光参量放大过程的带宽与增益特性

利用非共线相位匹配方法,研究了不同极化周期和不同非共线结构下周期极化铌酸锂晶体(PPLN)中的光参量放大(OPA)带宽与增益特性.光谱带宽和增益通过对相位失配进行泰勒级数展开并保留到二阶级数项得到,在计算过程中考虑到了晶体极化周期、非共线入射结构、PPLN晶体长度以及抽运光强度的影响.计算结果表明,参量带宽和增益带宽具有相似的特性,而且PPLN晶体的周期和非共线入射结构会对光参量放大的光谱带宽产生一定的影响,在同一波长处,通过调节晶体周期或非共线结构可以获得更大的带宽.在对增益的研究过程中发现,与增加抽运光强度相比,增加晶体的长度能更有效地增强参量增益,但是PPLN晶体的周期和非共线入射结构对增益几乎没有什么影响.     

单轴晶非共线相位匹配研究

通过对单轴晶非共线相位匹配理论的分析 ,推导出相位失配梯度、接受容限角和有效非线性系数的精确表达式。以KDP晶体为例进行了非共线倍频的理论计算和实验测试。对实验结果的分析验证了非共线相位匹配理论分析和数值计算的正确性。     

飞秒级超短脉冲光参量转换效率及脉冲特征计算

建立了超短脉冲光参量产生过程的理论模型,数值求解耦合波方程组,研究了在飞秒 级超短脉冲的光参量产生过程中,泵浦光的强度和脉宽对转换效率、输出脉冲的宽度和不对称度的影响。结果表明:泵浦光越强,光参量产生的转换效率越高,同时脉宽的压窄效应越明显;泵浦光的脉宽越窄, GVM参数和IGVD参数就越大,导致转换效率下降,同时引起输出脉冲的脉宽变大和波形的对称性变差。     

Analysis of ultrashort-pulse second-harmonic generation in both phase- and group-velocity-matched structures

Second-harmonic generation (SHG) of ultrashort pulse in both phase- and group-velocity mismatch structures is studied theoretically in temporal and frequency domains taking account of the effects of group-velocity dispersion (GVD) and high-order phase mismatch. Under the plane-wave and pump undepletion approximation, a set of simple analytical expressions is derived in frequency domain for Gaussian pulse. Furthermore, a formula describing the SH pulse is obtained under pump depletion condition. The obtained expressions are valid in large range of interaction length and have features such as explicit form, high accuracy, and less computing time. Meanwhile, the influences of intensity, pulse duration, chirp coefficient and shape of pump pulses, as well as the linear loss of material, on the pulsewidth preservation length are investigated by numerical method. In the case of both phase- and group-velocity mismatch structures, the conversion efficiency larger than 45% could be obtained without pulse distortion for weak input ultrashort pulse.     

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。     

Dependence of sum frequency field intensity on group velocitymismatches

The sum frequency field generated by mixing phase matched optical pulses in a nonlinear crystal is studied. Specifically, the field intensity at full width half maximum (FWHM) considered as a function of the group velocity mismatch between incident pulses, and also as a function of the mismatch between the generated pulse and one of the incident pulses, is analyzed by numerical and asymptotic techniques. Both mismatch types are allowed to be arbitrary. The FWHM intensity of the sum frequency field refers here to a cross-correlation measurement between pulses separated by a time delay to τ, where the FWHM is formed with respect to varying τ, rather than to the time-based FWHM of a sum-frequency-generated light pulse for a fixed τ. It is shown that the FWHM is fundamentally insensitive to mismatch between generated and incident fields, thus providing a justification for ignoring this term. On the other hand, the FWHM is shown to vary asymptotically linearly (coefficient ≈1) with the mismatch between incident pulses     

基于六波混频的双波长红外光信号研究

利用钛宝石激光脉冲在铷原子蒸汽中通过非线性光学混频产生两个不同波长的红外光脉冲信号。研究了铷原子数密度、泵浦激光强度以及光脉冲啁啾对两个红外光信号之间竞争特性的影响。结果表明,两个红外光信号主要产生于两个耦合的差频参量六波混频过程;信号的强度随铷原子数密度、泵浦激光强度和光脉冲啁啾发生变化;两个红外光信号间的竞争主要由两个参量六波混频过程的相位匹配决定,相位匹配与铷原子数密度相关度很强,而与泵浦激光强度和光脉冲啁啾相关度很弱。     

Generation of over 140-nm-wide super-continuum from a normaldispersion fiber by using a mode-locked semiconductor laser source

The super-continuum (SC) spectrum flatly broadened over 140-nm 10-dB bandwidth is generated by using a mode-locked semiconductor laser as a pulse source at 1550 nm. In our SC generation system, nearly Fourier-transform limited 0.9-ps pulses obtained through linear and nonlinear pulse compression are incident on a dispersion-flattened fiber having a small normal group-velocity dispersion. While the pulses pass through the normal dispersion fiber, the pulse waveform is adapted to suit the accumulation of a linear chirp, which leads to the flat and wide-band SC spectrum     

飞秒光参量放大技术原理及应用

飞秒光参量放大技术是一种获得宽带飞秒脉冲的有效手段.首先介绍了飞秒光参量放大技术的基本原理,并通过数值模拟显示了群速度失配及位相失配对信号转换过程的影响.数值计算结果表明:群速度失配及位相失配会导致转换效率下降,群速度失配还会导致脉冲发生畸变.其次,综述了该技术在超短脉冲特别是周期量级脉冲产生方面的研究进展,并介绍了Baltuska等设计的可以产生3.9 fs脉冲的非共线光参量放大装置.其中,详细讨论了超连续白光注入源、泵浦光角色散以及晶体选择三方面内容.最后介绍了该技术在高能飞秒脉冲产生方面取得的最新研究进展.     

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。     

Repetition-frequency multiplication of mode-locked pulses usingfiber dispersion

In this paper, we describe a novel method for generating a highly repetitive optical pulse train using mode-locked pulses and the group-velocity dispersion (GVD) of optical fiber. An optical pulse train at a multiplied repetition frequency oscillation of an initial mode-locked pulse train is obtained by adjusting waveform fiber length in accordance with the mode-locking frequency and the fiber's GVD. A subterahertz optical pulse train (98-196 GHz) was successfully generated with low pulse intensity fluctuation     

Efficient third-harmonic generation of a picosecond laser pulsewith time delay

A new configuration based on the polarization-mismatching scheme with time delay for efficient frequency tripling conversion is proposed in this paper. The calculated results showed that the requirement for the efficient frequency tripling conversion of a 1-ps laser pulse is not only the optimization of peak intensity of the second-harmonic pulse, but also the optimization of the pulse duration ratio and temporal difference between the o-polarization second-harmonic pulse and the e-polarization first-harmonic pulse due to group-velocity mismatch among the interacting pulses. With the proposed scheme the group velocity mismatch can be compensated. Overall energy conversion efficiency increases from 55% to 75% under the optimized conditions at the intensity of 6 GW/cm². The temporal shape of the third-harmonic pulse with 1 ps pulse duration has no subpulses. The optimization of the efficient frequency tripling conversion for intensities of over 75 GW/cm² is also described. The results showed that the maximum tripling energy conversion efficiency is close to 80% with the optimized doubler and tripler