二次谐波转换对激光脉宽影响的实验研究

 实验研究了KDP晶体二次谐波转换非线性效应对脉宽测量精度的影响。结果表明：在小信号近似下,长度为1～3cm的KDPⅡ类晶体,对于近高斯脉冲,其基频脉宽与倍频脉宽存在21/2的关系;对于非近高斯脉冲,基频脉冲半宽与倍频脉冲波形的1/4高宽相等;在输入功率密度和能量转换效率较高时,基频与倍频脉宽无固定关系。     

超短激光脉冲二倍频理论分析

采用快速傅里叶变换（FFT）算法和Rung-Kutta法对KDP晶体中超短激光脉冲二倍频过程作了研究。详细讨论了群速度失配、群速度色散和三阶非线性相位调制效应对倍频光脉冲波形、光谱及转换效率的影响。研究结果表明：在超短激光脉冲二倍频中，三阶非线性相位调制效应可使二倍频光脉冲形状发生畸变，光谱明显展宽且转换效率降低；当入射基频光功率密度大于100GW/cm2时，三阶非线性效应是影响倍频过程的主要因素。     

利用群速度匹配的级联二阶非线性实现超短激光脉冲压缩

提出了一种采用倾斜脉冲的级联二阶非线性来实现超短激光脉冲压缩的方法. 对基于单块BBO晶体中基频光与倍频光群速度匹配的级联二阶非线性的脉冲压缩方案进行了理论分析. 对比研究了群速度匹配与失配情况下利用级联二阶非线性进行脉冲压缩的效果, 并模拟分析了基频光与倍频光的位相失配量、非线性晶体长度、 基频光初始峰值光强和初始脉宽等因素对脉冲压缩效果的影响. 结果表明, 基频光与倍频光的群速度匹配将会大幅度改善压缩脉冲的时间波形和频谱分布. 通过对位相失配量、晶体长度、初始光强等参数的优化和选取可获得较理想的压缩效果. 采用倾斜脉冲的级联二阶非线性的脉宽压缩方法, 针对中心波长800 nm、脉宽100 fs, 峰值光强为50 GW/cm²的基频光脉冲, 采用25 mm厚BBO晶体, 当基频光与倍频光位相失配量Δk=60 mm^-1(对应失谐角1.98°), 晶体外部脉冲前沿倾斜角γ₀=74°时, 计算获得了质量较好的20 fs剩余基频光, 并同时产生了14 fs的倍频光. 关键词： 倾斜波 级联二阶非线性 群速度失配 脉冲压缩     

高能量高转换效率355 nm紫外激光器

为了得到一种三倍频效率高达60%的355 nm脉冲激光器,采用曲率半径分别为2 m的凹凸高斯镜和9 m的平凹全反镜组合作为谐振腔,加以电光调Q,得到1 064 nm高光束质量激光输出,再将其进行行波放大,获得重复频率10 Hz、脉宽7.3 ns、单脉冲能量1.01 J的1 064 nm基频光输出。利用Ⅰ类相位匹配LBO晶体进行二倍频、Ⅱ类相位匹配LBO晶体进行三倍频以得到波长为355 nm的紫外光输出。通过二倍频和三倍频输出特性和非线性晶体参数的分析和实验调试,最终获得了单脉冲能量为608 mJ、脉宽为5.7 ns、线宽为2 nm的紫外激光输出。通过优化二倍频的转换效率,可使1 064 nm基频光到三倍频得到的355 nm紫外光的转换效率达60%。     

超短脉冲倍频中三阶非线性效应的影响及补偿

 为了提高超短脉冲二倍频的转换效率和改善出射倍频光的脉冲形状,对超短脉冲倍频中三阶非线性效应的影响进行了理论分析和数值模拟,并采用初始相位失配的方法来补偿三阶非线性效应的影响。结果表明：用KDP晶体二倍频中心波长为800 nm的超短脉冲,当入射功率密度大于100 GW/cm²时,三阶非线性效应是倍频转换效率的主要影响因素。对脉宽为50 fs,入射功率密度为250 GW/cm²的超短脉冲在KDP晶体（2 mm）中的二次谐波变换,当初始相位失谐0.9 mrad时,转换效率提高了10%,同时由三阶非线性效应引起的强度调制得到明显抑制,出射基频光和倍频光的脉冲形状得到明显改善。     

基于角色散的非共线匹配宽带三倍频技术

宽带光打靶可以有效降低激光等离子体相互作用过程中非线性效应。提出一种基于角色散的非共线匹配宽带三倍频方案,利用宽带基频与窄带二倍频的非共线和频产生宽带三倍频,和频过程中通过特殊设计的渐变光栅实现不同频率的基频光束以特定角度入射,补偿了波长差异引入的位相失配使得全波段满足位相匹配条件。理论模拟表明,采用KDP晶体Ⅱ类位相匹配,将中心波长为1058 nm、带宽10 nm的宽带基频光与526.5 nm的二倍频光进行非共线匹配和频,可以实现高效宽带三倍频转换。     

基于级联倍频机制无啁啾激光脉宽随晶体位相失配量的非线性变化

在无啁啾激光脉冲的非线性压缩过程中,基于级联倍频机制,对影响脉冲压缩的敏感因素——晶体位相失配量进行了理论分析和实验验证。当入射基频激光(即1ω光,波长为800nm,脉宽为278fs)进入I类二倍频β-BaB2O4(BBO)晶体后,随着晶体位相失配量的增加,基频光的输出脉宽先降后升,这种趋势可总结为"U"字形非线性变化;当位相失配量为40mm-1时,脉宽缩至最小,此时脉宽压缩比最大。     

采用光栅角色散的宽带二倍频及聚焦特性分析

针对带宽为20 nm左右、中心波长为1 053 nm的线性啁啾宽带激光,分析了采用光栅角色散方式宽带二倍频的原理,讨论了光栅角色散性能及光栅加工误差引入的基频光位相扰动对二倍频光转换效率及聚焦特性的影响.研究结果表明:采用光栅角色散方式的宽带二倍频光的转换效率、脉冲宽度和带宽均明显增大;在0～22 nm基频光带宽范围内,二倍频光均可保持80％左右的转换效率;对于入射基频光带宽为22 nm的情况,光栅角色散率在30～80 μrad/nm范围内变化时,宽带二倍频转换效率均可保持在70％以上;基频光有位相扰动时,二倍频光带宽对二倍频聚焦光斑的主瓣影响不大,但对旁瓣有一定的匀滑作用,采用光栅角色散方式宽带二倍频的聚焦光斑旁瓣的匀滑效果更为明显.     

飞秒激光脉冲宽度和脉冲波形测试技术

飞秒激光在激光核聚变、卫星精密测距、激光微加工等领域具有重要的应用前景,同时也是产生太赫兹波的主要泵浦源。介绍了国内外飞秒激光脉冲宽度和脉冲波形的测试方法,比较了自相关法、频率分辨光学快门法、光谱相位相干直接电场重构法的优缺点。自相关法具有脉宽测量范围广、结构简单等特点,但不具备脉冲波形测试能力。光谱相位相干直接电场重构法对待测激光光束质量要求较高, 不适合大量程范围激光脉宽快速测量。为满足10 fs~5 ps大量程范围超短激光脉冲宽度和脉冲波形的测试需求,采用自相关法及二次谐波频率分辨光学开关法研制飞秒激光脉冲宽度和脉冲波形测试仪,时间分辨率优于2 fs。     

脉冲堆积激光三倍频过程的逆问题

针对三倍频过程的逆问题,即如何在给定三倍频脉冲形状及三倍频系统参数的前提下,通过逆算得到输入基频光脉冲形状,并采用脉冲堆积法来获得所需的基频光脉冲,提出了相应的计算模型和方法.以分步傅里叶变换和四阶龙格-库塔法为基础,通过数值拟合等方法,建立了三倍频光强与输入基频光强之间的定量火系.以预期输出二三倍频光脉冲为具有特定形状的整形脉冲为例,通过逆算得到了相心的输入基频光脉冲波形.在此基础上,计算获得了脉冲堆积器的衰减系数、延时等控制参数.进而通过对基频光时间波形的整形,实现了所要求的三倍频激光脉冲输出.研究结果表明,该逆算方法具有原理简单、计算快速准确等优点,可为三倍频过程激光脉冲整形设汁提供参考.     

腔内倍频调Q激光器中脉冲光场的时间不稳定性研究

以腔内倍频调Q激光器工作原理为基础,研究了多种形式抽运光分布的情况下倍频光的脉冲形状以及脉冲持续过程中光场分布的时间不稳定性,分析了倍频光光束质量随时间的变化规律.发现腔内倍频调Q激光器输出的倍频光光场分布在脉冲的持续过程中并不稳定,呈持续变化.对高斯型抽运的情况研究发现,减小腔长会使脉冲光场分布的不稳定性减小;而增加...     

Highly efficient electro-optically Q-switched 473 nm blue laser

An external frequency doubling electro-optically Q-switched neodymium-doped yttrium aluminum garnet(Nd:YAG) 473 nm blue laser was demonstrated. With absorbed pump energy of 48 mJ at 100 Hz repetition rate, about 2 mJ of 473 nm blue laser pulse energy was achieved by cascade frequency doubling. The second harmonic conversion efficiency was 64.5%, and overall optical-optical efficiency was 4.2%, respectively. The blue laser pulse width was less than 10 ns, and beam quality factor was less than 2.4.     

空气中激光等离子体通道的三次谐波光谱特性研究

对不同条件下强激光在空气中形成等离子体通道的三次谐波光谱特性进行了研究。单脉冲能量12 mJ,脉宽30 fs,重复频率10 Hz,中心波长795 nm的飞秒激光脉冲经0.5 m焦距的凹面镜聚焦,在空气中形成了等离子体通道, 并在前 向观测到谱线半峰全宽（FWHM）为15 nm的三次谐波。随着脉冲啁啾的变化,三次谐波的光谱出现红移或兰移,当激光脉冲附带+1.3×105fs2的二阶色散时,三次谐波谱线红移且谱峰强度增长了两倍。同时 ,通过改变可编程声光色散滤波器（AOPDF）光谱调制的位置（Hole position）,三次谐波的光谱也发生频移。     

Experiment Study of Dual Wavelength and Dual Pulse Q-switched Intracavity Frequency Doubling of a Tunable Cr:LiSAF Laser

In this paper, a flashlamp-pumped Q-switched Cr: LiSAF laser system with intracavity frequency doubling is designed to obtain dual pulse and dual wavelength laser output. The behaviors of second harmonic output of dual pulse and dual wavelength are studied experimentally. Good results are obtained in experiments: the output energy of each second harmonic pulse a round 448.1 nm is 10.2 mJ, the dual pulse time interval can be tuned widely, and the tunable range of each second harmonic wavelength is 448.1 to 465 nm.     

二阶偏振模色散对高速高斯光脉冲在单模光纤中传输的影响

研究二阶偏振模色散（PMD）对高斯光脉冲在单模光纤中传输产生的影响，给出输出光脉冲的时域表达式。分析表明，输出光脉冲在每个基本偏振态上仍保持高斯形状，但其频率啁啾及脉宽等特性都已改变，文中对这些变化与二阶偏振模色散之间的关系进行了讨论。通过比较10Gb/s和40Gb/s的光传输系统中二阶偏振模色散的影响，可以发现，若规定脉冲展宽不能超过脉宽的十分之一，40Gb/s系统所能容忍的二阶偏振模色散极限值比10Gb/s系统小一个数量级。     

Generation of high average power, 7.5-fs blue pulses at 5 kHz by adaptive phase control

The spectral width of a 5-kHz Ti:sapphire laser system was broadened by spectral control in a regenerative amplifier consisting of broadband chirped mirrors. The dispersion over the wide spectral range was compensated by a deformable mirror along with a genetic algorithm, resulting in a pulse width of 15 fs. The pulse width is the shortest, to our knowledge, in chirped pulse amplification systems with a regenerative amplifier. The phase distortion of broadband frequency doubling in addition to the Ti:sapphire laser was compensated by using the self-diffraction intensity in sapphire as the feedback signal into the genetic algorithm, resulting in a pulse width of 7.5 fs. The average power of the second harmonic was 1 W with a fundamental input of 7 W.     

高稳定高转换效率光参变放大器倍频抽运光源研究

为了实现光参变放大抽运光源高稳定输出的目的。通过对倍频过程的数值模拟分析,提出倍频中存在“稳定区”的概念,在基频光强一定的条件下(小于倍频晶体破坏阈值),通过非共线双程倍频的方式或串联倍频的方式可有效延长倍频晶体的有效作用长度,保证倍频工作区能够被控制在“稳定区”内,从而实现高稳定高转换效率的倍频输出。实验数据验证了这一结论,实验中,利用非共线双程倍频的方式使得倍频工作区在“稳定区”内,对波动±5.7%的1064 nm高斯脉冲基频光,倍频光波动小于±2%,脉冲形状为高阶高斯脉冲,转换效率大于70%,实验结果表明,倍频光的稳定性指标相对于基频光提高了近3倍。