高强度飞秒脉冲单块BBO晶体三倍频实验

针对脉冲宽度100 fs,带宽25 nm,能量6 mJ左右的超短脉冲基频光(经过透镜缩束后峰值光强为200~900 GW/cm2),采用单块厚度为1.5 mm的BBO晶体进行了三倍频实验研究。在入射基频光强度约300 GW/cm2时,得到的三倍频转换效率约0.8%。采用分步傅里叶变换及四阶龙格-库塔算法,对描述飞秒脉冲单块晶体三倍频的耦合波方程组进行了数值计算。研究结果表明,三倍频光主要是由三阶非线性效应产生的;基频光带宽较大是限制三倍频转换效率的主要因素之一;对基频光的入射角度及方位角进行优化,可较好地补偿非线性相位失配,提高单块晶体三倍频转换效率。     

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...     

CsLiB6O10晶体的宽带三倍频模拟分析

为了研究高效的宽带三次谐波转换技术,采用了分步傅里叶变换和四阶龙格-库塔法对CsLiB6O10(CLBO)晶体的宽带三倍频过程进行了数值模拟,分析了单倍单混和单倍双混模式下三倍频转换效率随入射基频光强度、频谱带宽的变化关系,并与KDP晶体的宽带三倍频转换特性进行了对比.在强度为3GW/cm2的0阶超高斯脉冲入射下,得到单倍双混模式下三倍频转换效率达到60%时对应的频谱宽度为650GHz,这与利用KDP晶体在相同条件下获得的频谱宽度相比,提高了近250GHz.研究结果表明,在单倍双混模式下使用CLBO晶体作为频率转换的非线性晶体可以有效地提高宽带三倍频的转换效率.     

CLBO晶体的宽带三倍频模拟分析

为了研究高效的宽带三次谐波转换技术，采用了分步傅里叶变换和四阶Runge-Kutta法对CLBO晶体的宽带三倍频过程进行了数值模拟，分析了单倍单混和单倍双混模式下三倍频转换效率随入射基频光强度、频谱带宽的变化关系，并与KDP晶体的宽带三倍频转换特性进行了对比。在强度为3GW/cm2的40阶超高斯脉冲入射下，得到单倍双混模式下三倍频转换效率达到60%时对应的频谱宽度为650GHz，这与利用KDP晶体在相同条件下获得的频谱宽度相比，提高了近250GHz。研究结果表明，在单倍双混模式下使用CLBO晶体作为频率转换的非线性晶体可以有效地提高宽带三倍频的转换效率。     

基于准相位匹配的掺铒飞秒光纤激光器倍频特性研究

研究了不同厚度周期极化铌酸锂晶体(PPLN)对掺铒飞秒光纤激光器倍频特性的影响。基于非线性偏振旋转锁模原理和啁啾脉冲放大技术,在1560 nm波段实现了重复频率为100 MHz,输出功率为423 m W,脉冲宽度为80 fs的掺铒飞秒光纤激光输出。以此为基频光源,对0.5,1,10 mm三种不同厚度PPLN倍频晶体进行倍频特性研究,实现了波长在780 nm的飞秒激光输出。其中采用0.5 mm晶体时获得了功率为100.4 m W、脉冲宽度为104 fs的倍频光输出,倍频转换效率为23.7%;采用1 mm晶体时获得了功率为165.0 m W、脉冲宽度为161 fs的倍频输出,倍频转换效率为39%;采用10 mm晶体时获得了功率为185.5 m W,脉冲宽度为305 fs的倍频光输出,倍频转换效率达43.7%。并解释了倍频转换效率和倍频光脉冲宽度随PPLN晶体厚度的变化规律。实验数据为基于锁模光纤激光器产生780 nm波段飞秒光脉冲的研究提供了有益的参考。     

一种基于PDLC-KIO3的新型光倍频开关设计与实现

利用聚合物分散液晶(PDLC)的开关特性与KIO3微晶体的非线性光学特性,研制出具有倍频效应(SHG)并且倍频光强电控可调谐的光变频开关。将YAG激光脉冲入射到开关器件,通过调制施加在开关上的驱动电压,当光开关闭合时,可阻挡基频光脉冲,抑制SHG,当光开关开启时,可在散射光路中观察到显著的SHG,开、关态倍频光强对比度可达6∶1。实验发现,驱动电压在0～80 V间,倍频光强能够实现近似线性的调制。测试表明,该变频开关的响应时间为20 ms。     

光子晶体中二阶非线性过程产生三次谐波的研究

运用非线性耦合波理论,分析了在非线性光子晶体中,通过二阶过程产生三次谐波的准相位匹配条件。数值模拟结果表明,在入射光中引入倍频光信号,能够极大地改变三次谐波的转换效率。当入射光中倍频光与基频光强度比以及两者复振幅的初相角满足一定的条件时,可在宽的入射光强范围内获得很高的三次谐波转换效率。     

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)     

频率转换过程中强度调制的形成机制及抑制方法

通过理论推导建立了频率转换过程中强度调制形成的物理模型,认为基频光的强度和相位扰动都将导致三倍频光强度的调制。采用数值模拟方法定量研究了频率转换过程中强度调制的演化规律,研究结果表明通过优化倍频晶体失谐角可以降低基频光强度扰动对三倍频强度调制的影响,而增加频率转换器的接受带宽则可以抑制基频光相位扰动的影响。此外,由于三倍频效率最优和时间调制度最小时对应的混频晶体失谐角略有差别,在优化设计时应综合考虑两个因素的影响。     

基于YCOB晶体分析信号光脉冲时间特性对光参变啁啾脉冲放大光谱和转换效率的影响

基于YCOB晶体中三波耦合方程理论模型,在抽运光波形和能量、晶体长度相同的条件下,研究信号光的时间波形对光参变啁啾脉冲放大(OPCPA)光谱和转换效率的影响。计算过程中,抽运光和信号光能量分别为45J和500mJ,光斑直径分别为60mm和50mm。抽运光脉宽取3ns,信号光脉宽为1.2ns。数值结果显示,信号光放大后的光谱和转换效率与输入信号光的时间波形有关。1阶高斯型脉冲光谱的半峰全宽(FWHM)得以展宽,由原来的36nm展宽为放大后的61nm,2阶超高斯脉冲频谱展宽为47nm,高斯脉冲的阶数越高,谱宽展宽越小,5阶和5阶以上的高斯脉冲光谱不再展宽,几乎保持原来36nm不变;1阶高斯脉冲的转换效率最高,达到32%左右,2阶高斯脉冲只有25%,8阶以上转换效率基本变化不大,约为19%。信号光脉冲时间特性对OPCPA的光谱输出和转换效率产生很大的影响。     

啁啾补偿飞秒脉冲高效三次谐波产生

中心波长为800 nm、脉宽为60 fs、重复频率为10 Hz的飞秒激光分为强弱两束,能量较强一束经I类相位匹配的BBO晶体倍频,之后与另一束光非共线和频得到三次谐波输出.实验得出基频和倍频光能量达到最佳配比时,三次谐波的转换效率最大;系统输出激光携带一定负啁啾可以补偿色散,提高三次谐波的转换效率.最终,当基频和倍频光的能量分别为2.38 mJ和0.588 mJ,系统输出激光带有9.66×10<'3> fs<'2>的负啁啾时,得到了中心波长为267 nm、单脉冲能量为230μJ的三次谐波输出,其转换效率高达19%.     

色散和高阶非线性对飞秒光参变放大的影响

群速度色散和高阶非线性效应是影响超强超短脉冲抽运下光参变放大能量转换效率的重要因素.为了提高光参变放大的能量转换效率,采用理论分析和数值计算的方法,模拟超强超短激光脉冲抽运下MgO:LiNbO3晶体中的光参变放大过程,得到了不同抽运功率密度、不同群速度色散条件下光参变放大的能量转换效率曲线,并且讨论了高阶非线性效应对和脉冲时间波形和频谱的影响.结果表明,群速度色散会使抽运光脉宽增加,功率密度降低;大功率密度抽运下高阶非线性效应的影响不可忽略,它会进一步减小能量转换效率,还会使信号光的频谱展宽,为了提高单位晶体长度的参变放大增益,可以通过引入初始啁啾来抵消群速度色散的影响.     

利用Ⅱ类相位匹配实现稳定倍频输出

提出利用Ⅱ类相位匹配方法实现稳定倍频输出,并对该方法进行了理论分析和数值模拟。数值模拟是对KTP晶体xy平面内的Ⅱ类相位匹配倍频过程进行的。数值计算结果表明,Ⅱ类相位匹配倍频过程中,当基频光以除最佳入射偏振角之外的偏振方向入射时,倍频强度曲线随倍频晶体长度增加而呈周期性变化;由于这种周期性变化的存在,当基频光起伏变化时,倍频强度曲线会交叉汇聚,出现倍频稳定区;当偏离角(入射偏振角与最佳入射偏振角差值)一定时,随着基频光入射强度的增大,实现稳定倍频输出所需的倍频晶体长度减小,稳定输出时倍频效率不变;当基频光强度一定时,随着偏离角的增大,倍频输出稳定性提高,倍频效率稍有下降。     

TEA CO2激光在AgGaSe2晶体中的倍频实验研究

实验上实现了TEACO2 激光在AgGaSe2 非线性光学晶体中的倍频光产生。着重研究了TEACO2 激光的能量、脉冲重复频率以及基波的焦点位置对于倍频光输出的影响。实验中得到了倍频光的角度调谐曲线 ,将入射光聚焦在晶体的中心区域 ,获得最大倍频光输出能量为 1 32mJ。脉冲能量转换效率为 2 4 % ,主脉冲的最大转换效率为 4 %。还分析了脉冲重复频率的变化 ( <10Hz)对倍频转换效率的影响。实验结果发现抑制倍频转换效率的主要因素为晶体的光学质量、激光脉冲低功率密度的拖尾以及激光脉冲的不稳定。特别由于脉冲附带长的拖尾加剧了热透镜效应 ,使得脉冲重复频率的增加引起转换效率的降低。     

飞秒激光脉冲倍频特性的数值模拟

模拟了随着传播长度的增加,基频和倍频激光脉冲的时域波形和光谱特性的演变过程。通过引入走离长度和非线性长度,给出了走离效应、群速度色散和三阶非线性效应对飞秒脉冲倍频的影响。研究了飞秒脉冲倍频的波长调谐特性,发现40ps基频脉冲波长调谐带宽仅有2.8nm,而40fs基频脉冲的倍频波长调谐带宽高达42nm。这在周期极化倍频晶体工艺中有重要应用价值。     

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。     

超短强激光作用下的CsLiB6O10晶体的光参量放大理论分析

对超短强激光抽运波长为355nm，脉冲宽度为10ps的CsLiB6O10。光参量放大器(OPA)的最佳晶体长度、能量转换效率和输出信号光脉宽进行了理论分析和数值模拟。得到了在IP(0)=300MW／cm^2，Is(0)=5MW／cm^2，Ii(0)=0的情况下，最佳晶体长度为27．0mm。随着抽运功率和信号光功率增大时，CsLiB6O10晶体作为光参量放大器的非线性晶体时，其作用的晶体长度变得更短。高转换效率的信号光输出取决于抽运光和初始信号光的强度及晶体长度的最佳优化值。