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     

空间走离和相速度补偿的高效飞秒脉冲倍频

采用两块大小均为10 mm×10 mm×0.2 mm的BBO晶体级联的实验方案对中心波长为800 nm、脉宽70 fs、重复频率10 Hz的激光进行了倍频,针对BBO晶体的空间走离和相速度失配,分别调节两块倍频晶体的光轴夹角和基频光的角度匹配失谐量.实验表明,两块倍频晶体光轴反向平行可以补偿空间走离效应,一定的角度失谐可以补偿基频光和倍频光的相速度失配.在无聚焦情况下,使用两块BBO晶体级联相互配合优化将8.1 mJ的入射基频光倍频后得到带宽6.7 nm(傅里叶转换极限脉冲宽度为35 fs)、2.8 mJ以上的倍频光.其倍频效率高达35.7%,是同等条件下单块晶体倍频转换效牢的1.7倍.     

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。     

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。     

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。     

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%。     

Ba1-xB2-y-zO4SixAlyGaz晶体和频可调谐深紫外飞秒激光器

介绍了一种基于新型非线性晶体Ba_1-xB_2-y-zO₄Si_xAl_yGa_z 的可调谐深紫外飞秒激光光源. 从理论上分析了基频光和倍频光在通过非线性晶体时所造成的空间走离和群速度失配, 为了补偿空间走离以及波长调谐过程中晶体折射造成的光束偏离现象, 将两块相同的倍频晶体成镜像放置来产生二次谐波. 并调节延迟线的长度来补偿基频光和倍频光之间的群速度失配, 从而提高和频转换效率. 然后通过和频方式进行三倍频和四倍频来突破晶体相位匹配条件的限制, 产生了波长低于200 nm的深紫外飞秒激光. 利用钛宝石激光器提供基频光光源, 最终在250–300 nm, 192.5–210 nm 范围内获得了高重频、可调谐超短脉冲紫外和深紫外激光. 并在基频光波长为800 nm时, 得到的二倍频、三倍频和四倍频的功率分别为1.28 W, 194 mW和5.8 mW, 相对于前一级的转换效率依次为46.14%, 15.16%和3%. 采用互相关法测量得到266.7 nm紫外激光的脉冲宽度约为640.4 fs.     

高峰值功率KDP晶体四倍频266nm紫外激光器

报道了一种灯泵浦结构的Nd:YAG晶体电光调Q高峰值功率266nm紫外激光器。结合磷酸二氢钾(KDP)晶体性质,基于倍频理论,分析了考虑走离效应情况下存在相位失配量时KDP晶体长度对转换效率的影响。该激光器采用紧凑的平平腔结构,灯泵浦Nd:YAG晶体电光调Q 1064nm激光作为基频光,腔外采用Ⅱ类匹配磷酸钛氧钾(KTP)和Ⅰ类匹配KDP分别作为二倍频和四倍频晶体。利用能量计、示波器等仪器进行测量,激光器重复频率1Hz时,获得脉宽6.0ns,单脉冲能量35mJ的266nm紫外激光输出,峰值功率高达5.83 MW;当重复频率10Hz时,获得单脉冲能量28.9mJ的266nm紫外激光。532~266nm转换效率最高可达31.9%。利用该高峰值功率、窄脉宽266nm紫外激光器,能够实现激光打标、激光雕刻。     

利用受激布里渊散射获得皮秒激光脉冲

 采用两级布里渊结构压缩8ns的Nd：YAG激光，研究了基频光和倍频光的受激布里渊散射（SBS）压缩过程。实验中采用四氯化碳作为SBS介质，经第一级双池SBS压缩后，获得了1.5ns左右的Stokes 脉冲；第二级采用单池SBS压缩，分别使用基频光和倍频光作为泵浦光，获得了最短为60ps 的Stokes脉冲。实验证明，在一定条件下，利用SBS压缩脉宽可以获得比介质的声子寿命更短的脉冲。     

双色激光场中极端远紫外超连续谱相干辐射产生

通过脉宽为周期量级的超快强场激光脉冲与惰性气体原子的极端非线性相互作用,能够产生单个的阿秒量级的极端远紫外光脉冲。然而,现有的周期量级的激光脉冲的最短脉宽仍在两个光周期左右,尚不足以支持产生脉宽短于100as的单个极端远紫外脉冲。文章作者首次提出通过在一个周期量级(如6fs)激光脉冲上再叠加一个强度较弱但相对位相精确控制的二倍频激光,能够直接实现单个的65as光脉冲。如进一步经过位相补偿,将有望产生一个脉宽仅为23as的单脉冲,从而将阿秒光脉冲的时间宽度推进到短于一个原子时间单位。     

脉冲单频Nd:YVO4激光器及其倍频输出特性研究

为了研制激光干涉成像所需的主振荡功率放大(MOPA)结构脉冲单频激光器,本文完成MOPA激光器的种子源即声光调Q脉冲单频1 064 nm激光器的特性研究,同时完成种子源腔外倍频绿光特性研究。脉冲单频激光器采用声光调Q模块实现脉宽约20 ns的1 064 nm脉冲激光输出,采用环形腔设计并采用一组不同厚度的标准具实现单纵模运转。实验研究基频1 064nm和倍频532 nm激光脉冲的线宽,得出在全脉宽范围内都具有较高时间相干性的结论。实验分别获得脉宽约28 ns峰值功率约6.5 kW的1 064 nm脉冲单频激光和脉宽约20 ns、峰值功率约0.5 kW的532 nm脉冲单频激光,腔外倍频效率为5.6%。实验同时也验证了腔外倍频的激光脉宽压缩效应。     

稳定高质量光参量啁啾脉冲放大系统优化设计

要实现光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)系统稳定、高质量输出,需要同时对光参量放大和泵浦光倍频这两个非线性过程进行优化设计。在光参量放大系统优化设计中,建立了描述光参量放大过程的多种简化物理模型;通过模拟泵浦光和信号光口径匹配关系,分析了放大信号光空间两维对称性并提出了优化方法;建立了非线性晶体最佳长度确定及调谐方法,以实现信号光输出高稳定性。在泵浦光倍频系统优化设计过程中,提出应用位相失配法实现稳定倍频输出,研究表明这种方法不仅能实现倍频光能量起伏抖动远远小于基频光能量的起伏抖动,而且能减小泵浦光近场调制度和时间波形调制,极大地改善输出倍频光光束质量,进而提高OPCPA系统输出信号光质量。     

啁啾补偿的折返点匹配二倍频

提出了一种啁啾补偿群速色散的倍频方法,通过向入射基频光引入合适的初始啁啾,让其与色散相互作用,以实现对基频光脉冲宽度的主动控制,提高转换效率。研究结果表明,这种方法能显著地提高倍频转换效率,以氘含量12.6%(摩尔百分比)的KD*P晶体对脉宽30fs,中心波长为1.053μm的宽带基频光的折返点匹配宽带二倍频过程为例,当基频光转换极限位置处于晶体中心时,能取得最佳的啁啾补偿效果,转换效率可提高近22%。进一步研究了转换效率和转换带宽与晶体长度的关系。     

LD侧面抽运Nd:YAP腔内三倍频蓝光激光器

研制了一台LD侧面抽运Nd:YAP腔内三倍频447.1 nm脉冲蓝光激光器.采用列阵高频激光二极管侧面抽运Nd:YAP晶体,使用V型折叠腔,LN晶体电光调Q,输出高峰值功率的1 341.4 nm偏振基频光.选取KTP晶体Ⅱ类临界相位匹配倍频,获得670.7 nm红光.使用LBO晶体Ⅰ类临界相位匹配把670.7 nm的倍频光与1 341.4 nm的基频光进行和频,获得三倍频447.1 nm的蓝光输出.实验结果表明：优化后的V型折叠腔,可提高非线性转换效率,在平均抽运功率92.4 W时,获得了平均功率887 mW、峰值功率17.7 kW、脉宽50 ns的偏振蓝光输出,光-光转换效率为0.96%.     

全固态腔内SHG/SFG多波长黄光激光器

报道了一种利用大功率激光二极管端面抽运Nd…YAG激光晶体产生基频光,并通过非线性晶体的腔内倍频(SHG)与和频(SFG),实现多个二次谐波同时连续输出的多波长黄光激光器。将Nd…YAG晶体的1112.1、1115.9、1122.7nm谱线作为基频光,利用LBO和BIBO进行非线性光学频率变换,同时获得了三个倍频光及三个和频光激光输出。从理论上对基频光同时受激跃迁和非线性频率变换相位匹配进行了分析。实验结果与理论分析表明,当基频光的性能相对接近时,合理地选择性能较好的非线性晶体对基频光同时进行倍频和和频是获得全固态多波长激光器的一种实用方法,合理地设计激光器谐振腔能够提高激光器的稳定性。     

非线性光学 位相共轭、自聚焦等相关效应

O437 2006032122超短脉冲倍频中三阶非线性效应的影响及补偿=Compen-sation for effect of third-order nonlinearity on second har-monic generation of ultrashort pulses[刊,中]/韩伟(中物院激光聚变研究中心.四川,绵阳(621900)) ,郑万国…∥强激光与粒子束.—2005 ,17(12) .—1803-1806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…     

基于半导体光放大器的暗脉冲的产生

采用基于半导体光放大器(SOA)的"8"字腔激光器结构,当SOA的驱动电流是220mA时,通过调整腔内的偏振控制器(PC),产生脉冲宽度分别是74ns和20ns,重复频率分别是9MHz(基频)和33.4MHz(二倍频)的暗脉冲。改变SOA在非线性放大环镜(NALM)中的位置,暗脉冲的脉宽也有相应的改变。     

基于Nd∶YAG/Cr∶YAG复合晶体的全固态紫外激光器

被动调Q产生1064 nm脉冲激光在腔外聚焦后入射到KTP中,产生532 nm的倍频光,再通过LBO和频产生355 nm激光。当抽运功率为3.4 W时,基频光调Q输出平均功率为350 mW,峰值功率达3.5 kW。腔外二倍频532 nm绿光输出平均功率为110 mW,用Ⅰ类相位匹配LBO晶体和频获得36 mW的355 nm的紫外激光输出,三倍频效率(1064~355 nm)达到10.2%。由于Cr∶YAG晶体达到饱和吸收后,会呈现出各向异性的特征,对基频光的偏振状态有很大影响。实验中必须合理放置复合晶体,使基频光的偏振状态为近似线偏振以提高转换效率。     

LD侧面抽运Nd∶YAP腔内三倍频蓝光激光器

研制了一台LD侧面抽运Nd∶YAP腔内三倍频447.1nm脉冲蓝光激光器.采用列阵高频激光二极管侧面抽运Nd∶YAP晶体,使用V型折叠腔,LN晶体电光调Q,输出高峰值功率的1341.4nm偏振基频光.选取KTP晶体Ⅱ类临界相位匹配倍频,获得670.7nm红光.使用LBO晶体Ⅰ类临界相位匹配把670.7nm的倍频光与1341.4nm的基频光进行和频,获得三倍频447.1nm的蓝光输出.实验结果表明:优化后的V型折叠腔,可提高非线性转换效率,在平均抽运功率92.4W时,获得了平均功率887mW、峰值功率17.7kW、脉宽50ns的偏振蓝光输出,光-光转换效率为0.96%.