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 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。     

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。     

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.     

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。     

非共线角与相位匹配角对YCOB晶体OPCPA增益光谱影响的研究

主要通过理论和实验研究相位匹配角和非共线角对三硼酸钙钇(YCOB)晶体光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)的放大光谱产生的影响。理论上,通过数值模拟计算发现,基于YCOB-OPCPA的放大光谱对相位匹配角和非共线角的变化均比较敏感,当相位匹配角或非共线角有微小变化时,增益光谱将会出现中心波段漂移和窄化现象,但当非共线角在2.80°~2.91°之间变化时,总能找到一个理想的相位匹配角与之匹配,满足带宽大于80nm的宽带OPCPA放大。为了获得高效率宽带OPCPA放大输出,提出一种基于高精密CCD的非共线角的测量方法,并利用该方法在实验中研究了不同非共线角下YCOB晶体OPCPA的光谱增益特性,并获得宽带放大光谱,为单次OPCPA调试实验提供参考。     

高能量低重复频率超短激光脉冲的测量

利用非线性晶体 (BBO)的非共线匹配倍频效应 ,研制了实时测量高能量低重复频率超短激光脉冲宽度的单脉冲自相关仪 ,并对飞秒 (fs)参量放大器的输出脉冲宽度进行了测量 ,测得了 10 3fs的超短激光脉冲宽度。     

二阶非线性飞秒激光技术的研究

讨论了若干利用二阶非线性效应的飞秒激光技术研究进展。基于传统的钛宝石飞秒激光器，提出了可产生稳定的1μm波段可调谐飞秒激光的新型注入式飞秒光参量放大（OPA）系统。结合相位匹配折返原理，用部分氘化KDP晶体作为：二阶非线性介质，实现了对20nm带宽的1μm波段飞秒激光的高效宽带倍频，倍频效率达到55％。最后介绍了具有脉冲扩展功能的时间望远镜系统。     

基于LBO的高功率飞秒绿光抽运的光学参量振荡器

三硼酸锂(LBO)具有良好的非线性光学特性和极其稳定的物化性能,其色散量对晶体温度变化敏感,是可实现非临界相位匹配的优良的非线性光学晶体。报道了高功率绿光飞秒激光同步抽运以三硼酸锂(LBO)为非线性晶体的单共振光学参量振荡器(OPO)。抽运源为高平均功率大模场面积掺镱光子晶体光纤飞秒激光器放大级的输出飞秒光的锁模倍频激光,通过调节晶体温度,采用非临界相位匹配方式,获得了红光至近红外光可调谐的高功率飞秒激光,OPO的信号光调谐范围为670~880nm,相应闲频光在2320~1270nm范围内可调。在3.4W抽运功率下,中心波长为694nm的信号光输出获得最高平均功率为660mW,脉冲宽度为132fs,转换效率为19.4%。     

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.     

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.     

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。     

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。     

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。     

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β-BaB_2O_4晶体进行高功率宽调谐皮秒单脉冲的高效发生与放大

近些年,已有很多人对355nm纳秒激光脉冲泵浦临界相位匹配β—BaB_2O_4光参量振荡器(OPO)进行了研究。他们的实验结果充分证明了新型非线性光学晶体BBO的出色特性,如宽调谐范围、高转换效率等。尽管如此,当人们为了获得更强脉冲输出而采用皮秒激光脉冲同步泵浦BBO—OPO时,宽带膜的损伤问题大大阻碍了转换效率的提高。另外OPO只能产生脉冲列。 在这种情况下,没有谐振腔的光参量发生(OPG)与放大(OPA)系统便以能产生     

光谱相位相干技术测量飞秒脉冲的倍频误差

从理论上推导了第Ⅱ类相位匹配下宽带飞秒脉冲的二次谐波光场,分析输入飞秒脉冲的非共线相位匹配方式、脉冲带宽引起相位失配与群速失配对测量的影响。结果表明,为了消除飞秒脉冲的带宽影响,需要对测量记录的光强乘以一个调制因子;测量相位误差与非共线相位匹配的夹角和晶体长度成正比;相位失配与群速失配产生相位测量误差,且第Ⅱ类相位匹配方式下脉冲附加相位值较大;强度和相位误差需要在脉冲重建结果中补偿。     

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