BBO晶体Ⅰ型非共线相位匹配参量放大研究

理论研究了BBO晶体在Ⅰ型相位匹配下非共线情况时的激光参量放大特性。研究结果表明 ,对于一定波长的抽运光 ,存在一定的非共线入射角对应一定波长的信号光 ,使在较高的激光增益下增益带宽最大 ,同时温度的调谐也对增益谱的形状有部分影响。这对于短激光脉冲的激光参量放大的优化具有重要意义。     

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 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。     

小型化超宽带光学参量啁啾脉冲放大系统的研究

光学参量啁啾脉冲放大(OPCPA)技术将是替代CPA技术而产生脉宽更短、峰值功率更高脉冲激光的最新技术．目前超短超强脉冲激光技术发展的方向是采用OPCPA技术建立高柬质、高效率、脉宽小于30fs的峰值功率大于TW的小型化台面超短超强脉冲激光系统．     

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.     

KBe2BO3F2晶体非共线相位匹配的光谱带宽

在非共线相位匹配下研究了KBe2BO3F2(KBBF)晶体的参量带宽和增益带宽随非共线角、信号光波长及泵浦光强度的关系。当泵浦光和信号光波长分别为532nm和800nm时,理论上获得了KBBF晶体的最大参量带宽为140.6nm,相应的最佳非共线角为1.02°,并与CsLiB6O10(CLBO)晶体进行了比较,得出KBBF晶体的参量带宽和增益带宽大于CLBO晶体的结论。     

同步抽运源光学参量啁啾脉冲放大飞秒激光系统

啁啾脉冲放大(CPA)技术已被广泛应用在几太瓦(TW)至1000 TW的许多高功率激光系统中.光学参量放大器有着宽的放大带宽,能支持短至几飞秒激光脉冲的无光谱畸变放大.近年来,一种基于光学参量啁啾脉冲放大(OPCPA)技术的飞秒激光系统,已被提出和成功演示.我们实验室正在建造几太瓦级的OPCPA激光系统,该系统要求一台纳秒级的激光装置作为OPCPA系统的抽运源.本文介绍我们已建成的台式高功率倍频Nd∶硅酸盐玻璃激光装置.其输出波长532 nm、脉宽0.5 ns、能量15 J,光束口径为40 mm. 这台Nd∶硅酸盐玻璃激光装置的种子源与OPCPA激光系统一样来自于同一台飞秒1064 nm激光振荡器,它是一台由13瓦的Ar离子激光抽运的自锁模掺钛蓝宝石激光器,产生120 fs、带宽10 nm的1064 nm脉冲列.脉冲列进入一个光栅展宽器,把激光脉冲宽度展宽到0.3 ns水平,然后分出一束作为OPCPA的种子源,另一束进入一台重复频率1 Hz的Nd∶硅酸盐玻璃再生放大器,将脉冲能量从0.5 nJ放大到几毫焦耳,脉冲宽度展宽到0.7 ns. 从再生放大器输出的激光脉冲进入Nd∶硅酸盐玻璃激光放大链进行放大,最后由KDP倍频晶体对输出的1064 nm激光倍频,获得0.5 ns、15 J的绿光.输出的绿光由光学系统导向光学参量放大器,给OPCPA系统的1064 nm的啁啾种子脉冲作同步抽运,同步精度可达数十飞秒量级.(PB6)     

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.     

MgO∶LiNbO_3晶体中超短中红外非共线相位匹配光参量放大过程角度的优化选择

计算了MgO∶LiNbO3中超短中红外光参量放大(OPA)过程中晶体的相位匹配角与非共线角的优化选择。结果表明,对于800nm波长的抽运光,信号光波长为1053nm时,非共线角α优化在1.74°~2°之间;当信号光波长在1046~1067nm内变化时,α在1.05°~2.18°之间,并且当信号光波长为1057nm,α=1.76°时,可实现三波间群速度的完全匹配。同时还得到了抽运光中心波长在780~810nm之间变化时,实现完全群速度匹配时的注入信号光波长与对应的中红外光以及相应的非共线角与相位匹配角。     

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。     

基于PPLN晶体的飞秒OPA中的非共线位相和群速度匹配

研究了基于二阶极化率周期性反转铌酸锂 (PPLN)晶体的飞秒光参量放大器 (OPA)中的非共线位相和群速度匹配 ,由于其具有准位相匹配结构 ,非共线匹配方式不同于以BBO为代表的传统晶体。分别讨论了非临界位相匹配PPLN和倾斜PPLN两种情况下的匹配过程     

用于高能拍瓦激光系统前端的周期极化LiNbO3光参量放大

为了在高能拍瓦激光系统中设计和应用光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)技术,建立了仿真模拟程序,并以周期极化LiNbO3光参量放大器为例,分析了在准相位匹配条件下,前级光参量啁啾脉冲放大特性的影响参数,包括:非共线角、晶体长度、增益带宽、高阶非线性效应等.为设计与应用光参量啁啾脉冲放大技术提供了理论和数据上的参考.     

连续调谐输出的多周期极化铌酸锂晶体光学参量振荡器

对基于多周期极化铌酸锂晶体(PPLN)的信号光单谐振准相位匹配光学参量振荡器(QPM—OPO)，进行了温度调谐的理论和实验研究。以激光二极管(LD)端面抽运的声光调Q Nd：YVO4全固态激光器为抽运源，获得了1369．7～1678．8nm无重叠波段连续可调谐输出。给出了1064nm Nd：YVO4激光器抽运下，由PPLN的极化周期和温度直接计算输出信号光波长的公式，以及由信号光波长和极化周期计算相应的晶体温度的公式。这样就可直接计算实现无重叠波段连续可调谐输出时不同极化周期所对应的温度调谐范围，而不必联立能量守恒和动量守恒公式，逐点进行尝试。另外，周期极化晶体的极化周期不可避免地较理想值有一定的偏移，且具有不均匀性，给出了利用实验获得的温度调谐曲线，对极化周期进行修正计算的方法。     

周期极化掺镁铌酸锂光参量振荡器的输出光谱特性

实验研究了基于多周期的掺镁铌酸锂晶体光参量振荡器(OPO),分析了光学参量振荡器的输出光谱特性.实验中,采用激光二极管(LD)端面抽运的声光调Q Nd:YVO4激光器作为光参量振荡器的抽运源,谐振腔采用双凹腔结构.在调Q开关重复频率为10 kHz,周期极化掺镁铌酸锂(PPMgLN)晶体的温度为25.4℃的条件下,实验测得光学参量振荡器的振荡阈值为110 mW.当输入的抽运光的平均功率为325 mW时,获得了平均功率为84 mW的信号光输出,其光-光转换效率为25.8%.通过改变周期极化掺镁铌酸锂晶体的温度(25.4～120℃)和极化周期(28.5～30.5 μm),实现了信号光在1449.6～1635 nm范围内的可调谐输出.在室温25.4℃时,观测到了抽运光与信号光的和频光的光谱.实验结果表明.光参量振荡器输出光谱的半峰全宽(FWHM)小于0.5 nm.     

三波混频光参量放大器中带宽的研究

对三波混频光参量放大器中参量过程的带宽进行了研究 ,给出了具有普遍意义的参量带宽和增益带宽的数学显式模型 ,这些模型引入了非线性晶体长度、群速、色散、增益系数等变量对带宽的影响 ,依据这些模型对影响参量放大器中带宽的各种因素进行了模拟计算、分析和比较 ,结果表明 :信号光和闲置光之间的群速度失配是影响参量放大过程带宽的主要因素 ,当信号光和闲置光之间实现群速度匹配时 ,可以获得最宽的带宽 ,因此对于任何三波混频光参量放大器中的参量过程 ,都可以通过选择合适的非共线角、非线性晶体长度、抽运光强度来获得最宽的带宽 ,从而支持超宽带增益     

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。