群速失配对CsLiB6O10晶体谐波脉冲展宽的影响

对超短强激光脉冲在CsLiB6O10晶体中的群速失配进行了理论分析,采用傅里叶变换法推导超短脉冲二次谐波的耦合波方程。在Ⅰ类相位匹配下数值计算了脉冲宽度50fs的基波532nm,在CsLiB6O10晶体长度为0．5mm时产生二次谐波(266nm)的群速延迟量约100fs,并且随着晶体长度的增长,二次谐波的脉冲宽度几乎线性展宽。并得到了群速失配量△β1^（2）226．243fs／mm,低阶和二阶群速色散系数分别为β2^（3）=210．120fs^2／mm,β2^(3)=65．587fs^3／mm。其结果表明由于群速延迟和群速色散导致了谐波脉宽展宽和形变。     

高阶群速度色散引起的高斯超短脉冲宽度的展宽和形变

基于动量守恒和光参变过程中的三波耦合波方程,和负单轴非线性光学晶体CsLiB6O10的色散方程,研究了在光参变效应中超短激光脉冲由于群速度色散引起的展宽和形变。数值模拟显示,在超短脉冲波形为双曲正割形和无啁啾调制时,高阶群速度色散引起的超短脉冲为50fs时,晶体长度为10mm,紫外光213nm作为基波入射时的脉冲展宽是波长为532nm绿光在同等条件下的1.6倍。脉冲展宽程度与入射波长和晶体长度有关,波长越短和晶体长度越长则脉冲展宽和波形变化越严重,高阶色散引起的超短高斯脉冲展宽,将破坏其波形对称性并引起旁瓣现象。     

宽带三倍频混频过程的群速匹配关系

基于非线性耦合波理论分析了三倍频过程中群速度之间的关系，推导出三波混频条件下的群速匹配关系式.对超短脉冲在Ⅱ类KDP晶体中的混频过程进行了模拟分析，结果表明：当三波(基波ω，谐波2ω和3ω)的群速度满足该匹配关系式时，三倍频(3ω)的带宽和转换效率均可达最大值；而随着三波群速度对该关系式的偏离逐渐增大，带宽变窄、转换效率下降.导出的三波群速匹配关系式对寻找合适的色散晶体和选择有效的匹配措施、实现宽带三次谐波转换具有指导意义.     

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     

利用宽带倍频特性精确测量准相位匹配晶体的极化周期

 提出了利用准相位匹配晶体进行宽带脉冲倍频，再根据准相位匹配晶体的极化周期与倍频脉冲输出中心波长的相位匹配关系来精确测量准相位匹配晶体极化周期的新方法。理论分析了准相位匹配晶体的极化周期与倍频脉冲的光谱关系、倍频容许带宽与晶体长度的关系。研究表明：宽带脉冲倍频后输出的脉冲峰值波长对应于角度的调谐曲线具有对称性；对于长度为10 mm的极化晶体，其倍频容许带宽不到0.2 nm。实验中，采用了国产PPKTP晶体试验片，晶体尺寸为10 mm×7 mm×1 mm，理想极化周期9 300 nm。结果表明：对于中心波长为537.25 nm的倍频光，其对应的实际晶体极化周期为9 303.9 nm，大于晶体加工时的理想值；当倍频脉冲光谱测量精度为0.01 nm时，准相位匹配晶体的极化周期测量精度达到0.1 nm，远高于一般光学显微镜的观测精度。     

GW/cm~2量级飞秒脉冲倍频的宽谱谐波产生

使用含镁摩尔分数为5%的掺镁铌酸锂晶体对57.4fs脉冲在1550nm通信波段进行了Ⅰ型(o+o-e)和0型(e+e-e)的倍频对比实验。对于Ⅰ型倍频,在4.3GW/cm~2的峰值功率密度下得到了谱宽为28nm、脉宽为79fs的谐波脉冲,转换效率最高达54%;对于0型倍频,在3.7GW/cm~2的峰值功率密度下得到了谱宽为2.1nm的谐波脉冲,转换效率最高为40%。分别从飞秒脉冲多波长成分的相位匹配(频域)和基波与谐波脉冲的群速度匹配(时域)两个角度,对倍频过程中基波脉冲和谐波脉冲的演变进行了详细分析。发现同时满足多波长成分相位匹配时,传播中谐波的谱宽能维持不变;而仅满足中心波长相位匹配时,谐波光谱则随着传播长度的增加而逐渐变窄。     

群速失配在二次谐波自相关法中的影响:Ⅰ类及Ⅱ类相位匹配

本文详细讨论了二次谐波自相关法测量超短光脉冲宽度时群速失配对测量的影响,发现群速失配对于干涉自相关法和Ⅱ类相位匹配强度自相关法测量影响显着,而对Ⅰ类相位匹配强度自相关法测量影响很小。     

超短脉冲三倍频中特殊群速度组合的分析

基于非线性耦合波理论,对比分析了超短脉冲三倍频过程中不同的特殊群速度组合模式下的谐波转换特性(转换效率和带宽等).利用分步傅里叶变换和四阶Runge-Kutta积分算法,对脉宽150 fs左右的超短脉冲在KDP晶体中的I类混频过程进行数值模拟,结果表明:三波包"不等速匹配"模式下的综合谐波转换性能(转换效率达到50%和转换带宽达到2 nm)整体要优于其他特殊群速度匹配模式;"三波包不等速"模式更有利于三波包间能量之间的耦合及转换.这一结论为进一步提高超短脉冲三倍频的转换效率及带宽具有理论指导意义.     

基频倍频光群速度对超短脉冲三倍频的影响分析

在超短脉冲的谐波转换过程中, 由于不同波包之间的群速度失配的存在, 非线性晶体的有效厚度、转换效率及带宽等将相互制约, 不能获得理想结果。基于耦合波方程, 在平面波和小信号近似条件下推导出了关于基频、倍频光群速度关系的解析表达式。通过对200 fs超短脉冲在II类KDP晶体中的混频过程的模拟分析, 发现在满足相位匹配的前提下, 三次谐波转换效率随着基频、倍频光群速度倒数的差值的平方呈现出指数衰减的关系, 与理论结果吻合。得出的关于基频光、倍频光群速度的表达式, 作为三倍频群速度匹配关系式的必要补充, 对寻找合适的色散晶体和选择有效的匹配措施, 实现宽带三次谐波转换具有理论指导意义。     

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     

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     

相位失配法实现倍频稳定输出的模拟分析

 对BBO晶体Ⅰ类相位匹配倍频过程和KTP晶体XY平面内的Ⅱ类相位匹配倍频过程进行数值模拟，结果表明：Ⅰ类和Ⅱ类相位匹配倍频过程，都可通过引入适量的相位失配量实现稳定倍频输出；随着相位失配量的增大，实现稳定倍频输出所需的晶体长度都变小，倍频稳定输出起伏变小，倍频转换效率有不同程度的下降；相对于XY平面内的Ⅱ类相位匹配倍频过程，BBO晶体的Ⅰ类相位匹配倍频过程对相位匹配偏离角更敏感，且稳定输出时倍频转换效率更低。     

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。     

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.     

CsLiB6O10晶体光学参变振荡器的光学特性

根据三波耦合过程中的能量和动量守恒、晶体的塞耳迈耶尔色散方程,通过数值模拟计算了213nm作CLBO光学参变振荡抽运源时,分别得到了在Ⅰ类和Ⅱ类相位匹配时参量光调谐范围为237～289nm、807～2793nm和404～2800nm。获得了在Ⅰ类匹配时的单谐振或双谐振腔的CLBO光学参变振荡转换效率都大于同等条件下的BBO光学参变振荡,Ⅱ类匹配时,CLBO晶体的转换效率略小于BBO晶体,但是CLBO光学参变振荡转换效率的最大值较BBO光学参变振荡出现于更短的紫外波段。从理论上证明了CLBO晶体是优质的深紫外透光波段非线性光学晶体。     

KNbO_3高效倍频产生427～470nm蓝紫光

厚1.5 mm的KNbO_ 3晶体在室温下角度相位匹配倍频脉冲参量激光获得427～470nm蓝紫光,能量转换效率超过40％,输出单脉冲蓝紫光的峰功率达60kW.对相位匹配曲线、倍频效率与基波光强的关系和相应匹配角允差作了计算和讨论.     

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。