非共线相位匹配LBO晶体飞秒光参变放大器的研究

对非共线相位匹配LBO晶体飞秒光参变放大器进行了系统地分析和理论研究，用数值方法得出了非共线角、相位匹配角、增益和增益带宽之间的关系，给出了放大器设计的各种最优化参量。研究结果表明，这种参变放大器不仅可以实现较高的参变增益和获得极宽的增益带宽，还具有较大的参变允许角、较小的走离角和小的群速色散。因此这种参变放大器对于以纳秒级高功率激光作为抽运光，利用光参变啁啾脉冲放大（OPCPA）技术高效率参变放大飞秒脉冲产生10^12W甚至10^15W级的超强超短激光脉冲具有重要的意义。建立的理论模型具有普遍意义，也为其他类似的参变过程提供了重要的理论依据。     

非共线准相位匹配周期极化RbTiOAsO4的增益带宽

研究了非共线准相位匹配过程中,周期极化RbTiOAsO_4晶体同时满足准相位匹配和群速匹配条件的非共线角和相应的极化周期随信号光波长的变化。分析了满足群速匹配条件时,非共线准相位匹配的调谐特性。数值模拟了增益带宽随非共线角、晶体温度和极化周期的变化关系。对比了群速匹配和最大增益带宽情况下,周期极化RbTiOAsO_4晶体增益带宽与晶体温度之间的关系。     

超短中红外参量放大过程的时空走离特性

 计算了MgO:LiNbO₃晶体中，共线与非共线相位匹配光参量放大产生超短中红外激光脉冲过程中的相位匹配曲线、有效非线性系数以及时间和空间走离情况。结果表明，采用非共线相位匹配方式，可以实现三波间群速度匹配；在抑制了泵浦光与信号光之间的空间走离的同时加大了泵浦光与闲频光之间的空间走离，但这种影响可以忽略；同时非共线角的引入使相位匹配角增大，提高了有效非线性系数。因此，非共线角的引入在不影响空间走离的情况下，有效补偿超短中红外参量放大过程中的时间走离，有利于参量放大转换效率的提高。     

BBOⅠ类相位匹配光参量放大中群速失配的补偿

描述了在BBOⅠ类相位匹配的飞秒光参量放大（OPA）中，利用非共线结构和倾斜抽运光的脉 冲波面来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，非共线角、相位匹配 角、抽运光的脉冲波面倾斜角随信号光波长的变化，并分析了对抽运光光斑尺寸的要求和对 空间走离长度的影响.结果表明，利用该方法不仅能够实现最大的参量带宽，而且能够完全 补偿飞秒OPA中三波的群速失配.此外，选取合适的抽运光光斑尺寸和非线性晶体的长度对提 高参量增益也至关重要. 关键词： 群速匹配 非共线相位匹配 脉冲波面倾斜 飞秒光参量放大     

双轴晶体中非共线相位匹配二次谐波产生现象分析

激光束与其散射光束在晶体中发生非线性和频作用，在满足非共线相位匹配条件时，可观察到二次谐波环的现象。本文以拆射率主轴坐标ｘｏｚ平面为例，推导出了双轴晶体中环参数的近似表达式。并用计算机得出了精确数值解，与实验观察到环的形状完全一致，提出了一种寻找最佳二次谐波产生方向的方法。     

周期性极化铌酸锂晶体中半非共线型宽带光学参变放大理论研究

基于周期性极化铌酸锂晶体(PPLN)的准相位匹配光参变放大过程,通过倾斜周期极化铌酸锂晶体中极化域(极化光栅)一定角度,实现了介于共线匹配方式和非共线匹配方式之间的一种半非共线型准相位匹配方式,并以该匹配方式下的各光矢量几何关系得出相位匹配曲线,找到在特定抽运光和信号光波长下能获得宽带增益放大的周期极化长度。并研究其极化倾斜角度与温度特性。模拟计算表明,在合适的角度与温度条件下,该方式可以532 nm抽运光抽运的信号光在800 nm和1064 nm处均获得宽带光参变放大。     

BBOⅠ类相位匹配非共线参量产生中的群速自匹配

利用重复频率为1kHz的钛宝石激光的倍频蓝光抽运Ⅰ类相位匹配的偏硼酸钡(BBO)晶体，获得了可见光区的非共线参量超荧光.给出了最强光强处参量超荧光的非共线角，波长随相位匹配角的变化.理论计算了在参量超荧光中三波的群速失配随非共线角和相位匹配角的变化规律.结果表明，Ⅰ类非共线相位匹配的参量超荧光关于抽运光中心对称.并且沿光强最强的参量超荧光方向三波的群速失配最小，有效互作用长度最大，即参量超荧光的强度角分布是三波的相速和群速自匹配的结果.该理论和实验研究为减小飞秒光参量放大中三波的群速失配提供了一个理想的几何模型，为获得高增益、窄脉冲宽度的参量光输出提供了理论依据和实验验证. 关键词： 群速自匹配 参量超荧光 非共线相位匹配 飞秒光参量放大     

基于交叉泵浦的受激电磁耦子散射非共线相位匹配方法

提出一种基于交叉泵浦实现受激电磁耦子散射的非共线相位匹配的方法，获得频率可调谐的窄带Stokes光输出。根据参量放大理论，推导出交叉泵浦受激电磁耦子散射的单程放大增益效率表达式，揭示了交叉泵浦实现受激电磁耦子非共线相位匹配的物理机制。实验上采用泵浦光在晶体侧面全反射的方式构建交叉泵浦，通过旋转晶体改变泵浦光全反射角，实现相位匹配条件的改变和输出Stokes光频率的调谐。输出Stokes光线宽为0.17 nm，波长调谐范围为1 068～1 076 nm。在15 mJ的泵浦能量下的输出能量为1.07 mJ，能量转化效率为6.8%。本研究为非线性参量转换过程中的相位匹配方法提供一种方案参考，尤其适用于泵浦光脉宽小于纳秒量级的短脉冲情况。     

非共线相位匹配的参量增益分析

对非共线Ⅱ类相位匹配的ＫＴＰ飞秒光学参量振荡器进行了分析和理论研究，用数值方法得出参量增益的变化曲线和参量光的光强分布，与共线相位匹配相比，非共线方案具有更高的参量增益，更好的光束质量，特别适合飞秒光学参量的振荡器。     

最优的双轴晶体非共线匹配频率升频转换效应

研究了双轴晶体的非共线相位匹配参量放大的升频转换效应.计算表明p,r,s三波位于同一子午平面上时是好的非共线匹配.选择适当的入射角α,所有光线的离散效应能够获得补偿,晶体的有效长度增加和能量转换效率能较大地提高.     

单发次皮秒脉冲对比度的三阶自相关法测试技术

为了测试单发次皮秒脉冲对比度,设计并研制了非共轴三阶自相关仪。三阶自相关仪参数优化设计中,在确保获得正确的相关耦合信号的前提下,充分利用KDP晶体的极化张量,寻找有效非线性系数相对较高的相位匹配点,在满足非共线相位匹配条件的同时兼顾群速匹配,为增大时间测试范围,选取较大的入射光夹角。采用分区测试和图形重构技术,增大对比度测试的动态范围,结果显示采用两个科学级CCD测试的脉冲对比度在105左右。     

基于准相位匹配晶体的宽带可调谐光参量放大过程研究

系统分析了基于准相位匹配晶体的光参量放大过程中极化周期和非共线结构对信号光调谐带宽的影响.提出了最大极化周期的概念,用于描述非共线相位匹配和群速度匹配同时满足时晶体的极化周期所能达到的最大值,给出了用于计算不同温度下周期极化铌酸锂晶体的最大极化周期的数学公式,并确定了宽带可调谐光参量放大过程应使用的最佳非共线结构.当采用此非共线结构时,通过将晶体的极化周期设定为最大极化周期可以在相对最大的波长范围内实现信号光的调谐放大输出.在此基础上提出了一个用于最大化光参量放大过程的信号光调谐带宽、确定工作温度等最佳工作参数以及简化实验操作方法的可行性方案.最后对最大极化周期和非共线结构对光参量放大的参量带宽的影响进行了研究. 关键词： 光参量放大 极化周期 非共线结构 带宽     

高功率激光终端KDP晶体非共线高效三倍频及远场色分离方案数值模拟分析

为满足高功率激光装置对终端光学系统的改进要求,控制3ω光路透射元件厚度以降低激光损伤风险,避免3ω非对称聚焦与色分离元件对靶场调靶产生不利影响,本文利用非共线相位匹配原理讨论了KDP晶体Ⅰ类和Ⅱ类两种和频产生351 nm(3ω)激光及其远场色分离过程.模拟结果表明,室温20?C环境中除目前常用的共线和频外,1053 nm(ω)与526.5 nm(2ω)激光可选择Ⅰ类或Ⅱ类两种非共线和频方式实现高效3ω激光输出并在激光远场实现色分离,且具有足够的高效转换失谐角容宽.计算表明,与Ⅰ类和频类似,Ⅱ类和频也存在一个非临界相位匹配过程,其匹配方向约为θ(3ω)=86.53?.可通过增加晶体厚度克服其有效非线性系数较低的缺点,实现3ω高效输出,失谐角容宽可达±20 mrad.为满足靶场需要,解决非共线角容宽苛刻带来的调节不便,并进一步使光路紧凑,将楔角为12?的熔石英楔板置于倍频晶体之后,ω与2ω激光在熔石英楔板后表面可产生约3.5 mrad分离角.经非共线和频,使用薄透镜即可实现聚焦及色分离.该方案完全满足终端光学系统的改进要求,可作为可靠的备选方案之一.     

飞秒光参量放大中三波群速失配的补偿

为了消除群速失配对参量放大的不利影响，描述了利用脉冲波面倾斜与非共线相位匹配相结 合，完全补偿飞秒光参量放大（OPA）中三波群速失配的新方法.计算了在BBOⅠ类、Ⅱ类相 位匹配条件下， 三波实现群速匹配时，相位匹配角、脉冲波面倾斜角以及非共线角随信号 光波长的变化.并分析了三波群速匹配对空间走离长度、参量增益和参量带宽的影响.结果表 明，在BBOⅠ类、Ⅱ类相位匹配条件下，利用该方法均能实现飞秒OPA连续调谐时三波的群速 匹配，从而大大增加了三波的有效互作用长度，为能够获得高增益，窄脉宽的参量光脉冲提 供了理论依据和指导. 关键词： 群速匹配 脉冲波面倾斜 非共线相位匹配 飞秒光参量放大     

Efficient, low-threshold collinear and noncollinear beta-barium borate optical parametric oscillators

The performance of collinear and noncollinear pulsed barium borate optical parametric oscillators with third-harmonic Nd:YAG pumping is analyzed. The effects of tangential phase matching and pump Poynting vector walk-off compensation are shown to enhance noncollinear operation. However, we show that these effects are mutually exclusive for a typeI beta-barium borate optical parametric oscillator and furthermore that tangential phase matching is dominant. The selection of a collinear or a noncollinear configuration is determined by pump divergence and spot size as well as by crystal aperture. With a pump divergence of 4mrad, noncollinear operation is optimal. The highest slope efficiency, 37%, and the lowest threshold, 5mJ, are obtained with nearly perfect tangential phase matching. For a pump divergence of less than 2mrad and a similar spot size, collinear operation gives the lowest threshold, 3.2mJ, and the highest slope efficiency, 33%.     

Matching of both group-velocity and pulse-front for ultrabroadband three-wave-mixing with noncollinear angularly dispersed geometry

Ultrabroadband three-wave-mixing is analyzed using the concept of pulse-front-tilt, which is achieved by means of angular dispersion. The results show exactly matching of both group-velocity and pulse-front is the important criterion for constructing an ultrabroadband TWM. A theoretical model is developed, in which the group velocities, noncollinear angles, spatial walk-off angles, linear angular spectral dispersion coefficients and pulse-front tilted angles are suitably linked to each other. Expressions for finding ideal phase matching angle, noncollinear angle and linear angular spectral dispersion coefficient are obtained. Specific numerical results are presented for crystals BBO and LBO with type-I noncollinear angularly dispersed geometry. The numerical simulations verify that our model is valid for designing a practicable ultrabroadband parametric process. PACS 42.65.Yj; 42.65.Lm; 42.65.Ky; 42.60.By     

Double quasi phase matching for both optical parametric oscillator and difference frequency generation

We present simultaneous phase matching of optical parametric oscillator (OPO) and difference frequency generation (DFG), using a noncollinear interaction in periodically poled crystal with single grating. Selecting proper grating period Λ and titled angle ξ between the grating vector G and the optical axis of crystal, the noncollinear scheme provides double phase matching solutions over continuous regions of the midwave infrared spectrum. At certain wavelength regions, for DFG process the group velocities between interaction pulses are matching and the phase matching bandwidth reaches maximum. Selecting the different grating period, the broadband midwave tuning and better gain spectrum can be obtained at different wavelength range. For the certain period grating the conversion efficiency is higher. Hence, using the double phase matching configuration, the broadband tunable midwave infrared wave can be produced in single grating. But the configurations have a relatively narrow angular bandwidth.