超宽带光参量放大器中相位匹配结构的分析和优化

对光参量放大的相位匹配进行了研究,建立了产生超宽增益带宽参量放大相位匹配的一般物理模型,依据这一模型,在只给定抽运光波长和晶体参数的条件下,可以确定超宽带相位匹配结构和信号光匹配波长。以偏硼酸钡(BBO)晶体为例进行了模拟计算,结果表明,非共线相位匹配的两种不同结构有着相差极大的晶体接收角。讨论了如何优化非共线相位匹配结构参数以便得到极大增益带宽和极佳晶体接收角的问题。对BBO晶体光参量放大的光谱相位匹配的计算结果可以为多光束抽运或多阶段光参量放大的设计提供理论依据。     

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.     

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.     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

MgO:LiNbO3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800 nm波长的抽运光，信号光波长为1053 nm时，非共线角α优化在1．74°～2°之间；当信号光波长在1046-1067nmnm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。     

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。     

准相位匹配光学参量产生器的理论研究与数值计算

光学参量产生过程中,必然存在共线和非共线光波相互作用.分析了共线和非共线光学参量产生器的准相位匹配条件,得出满足准相位匹配条件的光偏折角.通过对光学参量产生器增益的分析和数值计算,得出光学参量产生器输出光增益与相位失配关系曲线.推导了在允许相位失配范围内谱线宽度表达式.通过数值计算,得到谱线宽度与输出光波长关系曲线.所得结果对产生高增益、高转换效率、窄线宽光学参量产生器的设计、制作有一定的指导意义.     

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。     

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     

光参量放大晶体拼接机构设计及拼接误差补偿

晶体拼接技术能够克服光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)过程中非线性晶体口径受限问题,从而有效地提高放大器的输出能力。针对晶体拼接中相位匹配角的精确控制和晶体加工误差补偿问题,提出了"独立调整+误差补偿"的OPCPA晶体拼接技术方案,研制了2×2晶体拼接调整机构及2×2能动反射镜,每块子晶体可以进行3个自由度旋转以达到初始拼接角和相位匹配的目的,纳米精度的压电致动器驱动的2×2能动反射镜对晶体加工误差进行补偿。利用透射式元件对晶体拼接系统进行了可行性和稳定性验证,取得了较好的实验结果,证明该拼接调整方案是可行的。     

Ⅰ类非共线SPDC光谱分布数值模拟及实验研究

针对近些年发展的相关光子定标方法在光学计量方面的应用需求,在理论上分析了Ⅰ类非共线自发参量下转换(SPDC)光谱的分布,并考虑完全相位匹配和相位失配两种情况下,355nm连续激光光源泵浦Ⅰ类非共线BBO晶体产生自发参量下转换信号光的分布曲线。数值模拟结果表明,这两种情况下,Ⅰ类非共线SPDC产生的光谱分布一致。最后设计了SPDC光谱分布测量实验,实验表明,Ⅰ类非共线SPDC光谱分布与数值模拟结果相同。     

MgO:LiNbO3与KTiOAsO4超短中红外光参量放大

比较分析了MgO:LiNbO3(MLN)与KTiOAsO4(KTA)晶体中超短中红外光参量放大的角度调谐、有效非线性系数、群速度失配、晶体长度以及参量放大的转换效率等。结果表明，MgO:LiNbO3晶体的有效非线性系数较大，可用非共线相位匹配方式补偿三波群速度失配，在一定泵浦光强下有利于转换效率的提高。而KTA晶体的有效非线性系数较小，群速度失配严重且不能用非共线相位匹配方式补偿，达到饱和放大所需要的泵浦光功率密度高。在超短中红外光参量放大上，MgO:LiNbO3晶体具有较优的参量耦合性能。     

分形超晶格非线性光子晶体中的准相位匹配和切伦科夫辐射谐频

采用外加高压脉冲电场的方法制备了二维谢尔宾斯基分形超晶格结构铌酸锂(Li Nb O3)非线性光子晶体,对晶体中的准相位匹配和切伦科夫辐射谐频等光学特性进行了实验和理论研究。理论推导出了晶体中的准相位匹配倍频与不同阶次的倒易矢量间的对应关系,与实验结果吻合。对于同一个倒易矢量,可以实现两种波长的准相位匹配倍频。同时,实现了近红外波段的共线和非共线三倍频输出。理论计算出不同波长下的切伦科夫辐射倍频和三倍频的辐射角,与实验测量结果相吻合。在特定波长下,切伦科夫辐射谐频光环的辐射角存在最小值。同一个波长下,切伦科夫辐射三倍频的辐射角总是大于倍频的辐射角。