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3次谐波转换的影响分析

为了使谐波转换系统保持高效稳定的3次谐波转换,采用数值模拟的方法,研究了基频光脉冲波形对3倍频转换效率的影响,并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.当基频光为高斯脉冲时,在3GW/cm2的输入条件下最佳的2倍频转换效率为56.8%,低于理论预计的66.7%.进一步计算了不同功率密度下,最佳2倍频转换效率与超高斯脉冲阶数的关系.当考虑空间走离效应,基频光时间和空间均为平顶分布时,最佳的2倍频转换效率为62%;若基频光时间为平顶分布、空间分布为高斯分布时,最佳2倍频转换效率为51%,进一步地偏离66.7%.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2倍频转换效率,可提高3倍频转换效率.     

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。     

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。     

准周期光学超昌格激光变频特性分析

根据耦合波方程,分析了准周期光学超晶格中激光变频过程,在倍频过程满足准位相匹配条件,和频过程不满足准位相匹配条件与倍频过程不满足准位相匹配条件,和频过程满足准位相匹配条件下对不同参量进行了数值模拟,结果表明在小信号近似短途下的转换效率依赖于耦合系数比α,和频位相失配量越大,二次谐波的转换效率与三次谐波的转换效率相差越小,这不利于产生高效的三倍频。     

位相扰动对三次谐波转换的影响

采用Ⅰ /Ⅱ角度失谐的三倍频方案 ,以超高斯光束作为入射基频光场 ,建立了位相扰动光束三次谐波转换的理论模型 ,并作数值模拟计算。结果表明 ,位相扰动不仅影响二、三倍频光的转换效率 ,还对各谐波光束质量产生影响。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

高转换效率Nd∶YAG倍频激光器

介绍了两种Nd∶YAG倍频的方法 :折叠腔腔内倍频和腔外环形腔倍频 ,并着重对腔外环形腔倍频进行了研究 ,这种方法在 1kHz调QNd∶YAG激光 5 0W平均功率输入的情况下 ,获得了 1 7 5W平均功率的绿光输出 ,光 光转换效率达 35 % ,较好地解决了激光微细聚焦问题 ,更适用于激光微成型     

Optimum conditions for nonresonant third harmonic generation

A detailed theoretical analysis of nonresonant third harmonic generation (THG) is given which includes the intensity dependent refractive indices of the nonlinear medium as an integral part. According to the third-order analytic solution, the maximum attainable conversion efficiency is only limited by a nonlinear parameter β which is essentially the ratio of the Kerr-constants and the third harmonic coefficient. Only for|beta| < 1intensity (energy) conversion efficiencies in excess of 90 percent (40 percent) are possible. The influence of the intensity distribution of the input beam is discussed. Diagrams are given from which the optimum experimental conditions can be deduced in order to get the optimum harmonic output. Limiting processes, such as fifth-order effects or self-focusing, are analyzed. As an example, the optimum conditions for efficient frequency tripling of powerful Nd:glass laser radiation are evaluated.     

周期极化钽酸锂倍频窄谱线全光纤连续激光放大器特性

通过准相位匹配技术,采用1μm波段高功率窄谱线连续光纤激光放大器抽运高二次谐波转换效率周期性极化晶体,是实现高光束质量、小型化、高功率连续绿光激光器的一个非常有前途的方向。实验自主研发了高效率主振荡功率放大(MOPA)全光纤保偏放大模块,获得中心波长为1064.25nm,线宽为0.035nm的30 W连续线偏振激光,并以此作为基频光抽运国产周期极化钽酸锂(PPSLT)晶体进行了外腔单通倍频实验。保持PPSLT晶体的控制温度为145.6℃,在抽运光功率为21.5W时得到了2.1W的绿光输出。实验分析了温度、基频光功率密度和Boyd-Kleinman聚焦因子对倍频光转换效率的影响。实验过程中没有出现饱和现象,进一步提高抽运功率有望获得更高功率的绿光。     

CsLiB6O10晶体用于平顶高斯光束和高斯光束二次谐波转换效率的特性比较

本文讨论了CsLiB6O10晶体用于平顶高斯光束和高斯光束二次谐波转换效率的机理，对影响平顶高斯光束的二次谐波转换效率的泵浦光强度、偏振分量比、晶体长度和平顶高斯光束的阶数进行了分析和数值模拟，获得了在Ⅰ类和Ⅱ类相位匹配下，通过CsLiB6O10晶体时平顶高斯光束的二次谐波转换效率理论值逼近于1和78．5％。得出在相同条件下，平顶高斯光束的二次谐波转换效率大于高斯型69．1％的结果。     

Millimeter wave generation on nonlinear transmission lines

In recent years, nonlinear transmission lines (nltls) have successfully been used to generate ultrashort electrical pulses and transients from a sinusoidal input signal. In the frequency domain, this pulse compression results from the generation of a large number of harmonics with suitable phase relationships. In this paper, special examples of nltls are studied which are capable to produce millimeter wave signals at selected frequencies, here by second and third harmonic generation and nonlinear active wave propagation effects. Bi-modal transmission lines are particular discussed which provide the necessary dispersion for high conversion efficiencies.     

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。