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。     

参变过程中的群速延迟对晶体匹配长度的影响

基于能量守恒和三波耦合波方程,建立了超短脉冲在参变过程中二次谐波产生时的I类和II类相位匹配条件、基波与谐波之间的群速延迟时间、以及群速失配对晶体长度限制的理论基础。以负单轴非线性光学晶体CsLiB6O10为例,分析和数值计算了超短脉冲宽度为100fs时,谐波的群速匹配长度随基波波长变化的规律。研究结果表明在I类相位匹配条件下,基波波长为642nm时,群速延迟最小,相应的群速匹配晶体长度最长为19.1mm;在II类相位匹配条件下,基波波长为767nm,群速延迟最小,群速匹配长度最长为0.89mm。     

亚10飞秒脉冲的诊断与压缩

采用二次谐波-频谱分辨光闸法对克尔透镜锁模钛宝石激光器输出的飞秒脉冲的振幅和相位 进行诊断，测得其脉冲包络是双曲正割型的，而相位则近似为时间的三次幂形式. 通过对脉 冲频域相位的拟合，诊断出二阶群速度色散是造成脉冲啁啾、导致脉冲展宽的主要原因. 利 用棱镜对补偿二阶群速度色散，进一步将17 fs啁啾脉冲压缩至半高全宽为8.5 fs的近似转 换极限脉冲. 关键词： 飞秒脉冲 二次谐波-频谱分辨光闸法 群速度色散     

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     

高效、高峰值功率蓝光飞秒脉冲产生研究

分析计算了利用棱镜组引进频谱空间啁啾来补偿谐波倍频晶体的相位失配.结果表明,光谱 存在空间啁啾时,选择合适的透镜可在一定程度上补偿由于飞秒光脉冲的宽谱带引起的相位失配.采用此方法在实验上用自制的飞秒自锁模钛宝石激光器和BBO倍频晶体进行了二次谐波 倍频的研究,结果产生倍频蓝光的转换效率高达63%,蓝光平均输出功率达320mW,中心波长 为420nm,光谱带宽达5.5nm,可支持33.6fs的光脉冲.利用钛宝石激光器中的棱镜对进行波 长调谐,可使蓝光脉冲产生404—420nm的调谐范围. 关键词： 飞秒蓝光脉冲 空间啁啾补偿 二次谐波产生 转换效率     

飞秒脉冲的二次谐波理论和实验研究

本文分析了小信号情况下飞秒脉冲的倍频特性,在非耗尽近似下,得出了飞秒脉冲二次谐波波形及效率的解析解,在时间域内,对一般条件的耦合波方程进行了数值解,分析了相位失配对飞秒脉冲倍频波形及效率的影响。 用0.5mm厚的一类匹配LBO晶体对碰撞锁模激光器产生的80fs超短脉冲进行了腔外倍频实验,实验结果与理论计算符合得很好。     

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     

考虑不同脉冲形状时群速失配效应在二次谐波自相关法中的影响

本文讨论了在考虑不同脉冲形状时群速失配效应对二次谐波自相关法测量超短光脉冲宽度的影响.结果表明了脉冲形状不同时,群速失配效应对干涉自相关法和强度自相关法的影响不同.     

考虑不同脉冲形状时群速失配效应在二次谐波自相关法中的影响

本文讨论了在考虑不同脉冲形状时群速失配效应对二次谐波自相关法测量超短光脉冲宽度的影响.结果表明了脉冲形状不同时,群速失配效应对干涉自相关法和强度自相关法的影响不同.     

飞秒激光短脉冲测量系统中三阶色散效应的数值分析

本文在光脉冲近似为双曲正割函数下,运用有限傅里叶变换法(FFT)对飞秒脉冲二次谐波自相关测量系统中主要由倍频晶体引起的三阶色散效应进行了数值计算和分析。指出当光脉冲的半高宽(FWHM)接近或小于10fs时,脉冲才有明显的展宽效应,脉冲的展宽倍数与晶体的长度成递增关系,脉冲的前沿也出现了弛豫振荡结构的畸变现象,计算同时给出能基本消除三阶色散的展宽效应的倍频晶体的最大厚度,讨论了三阶色散对光脉冲频谱的影响。     

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     

飞秒脉冲激光的倍频实验研究

用互类匹配ＢＢＯ晶体对近红外波段钛宝石飞秒脉冲激光做倍频实验，取得近３０％的转换效率，对飞秒脉冲激光倍频的有关问题进行了分析讨论．     

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.     

飞秒时间分辨实验中相关函数和时间零点的确定

结合飞秒激光在研究分子激发态弛豫动力学中的应用,介绍了几种飞秒时间分辨实验中确定泵浦激光脉冲与探测激光脉冲的相关函数和时间零点的方法.对于波长在可见波段的泵浦和探测激光脉冲,我们可以利用非线性光学的技术手段,探测泵浦光与探测光的和频光的强度随二者间的时间延迟的变化来确定相关函数和时间零点;对于波长在紫外甚至更短的波段的泵浦和探测激光脉冲,由于单脉冲能量比较低,目前还很难利用技术手段来测定泵浦激光与探测激光的相关函数及时间零点,可以利用某些原子气体(如Xe)或某些具有短寿命态的分子作平行实验进行间接测量.     

Theoretical analysis of noncollinear phase-matched optical parametric generation in BBO crystal

In this article we propose a theoretical treatment of noncollinear phase-matched femtosecond parametric interaction process pumped by ultrashort optical pulses, and investigated the pulse characteristics of OPG in BBO crystal. The results show that the major factors, which affect the optical parametric conversion coefficient and durations of the pulses, are the group velocity mismatch and the phase mismatch among the three ultra-short pulses. In addition, the material dispersion can cause the durations of the pulses to increase when pump pulse is below 20 fs, and its influence becomes more obvious at low pump intensity.     

双波长双脉冲激光三次谐波的产生方法

提出双波长双脉冲激光产生三次谐波的方法。波长不同的两脉冲激光束由反射使它们合拢后通过两块非线性的BBO晶体 ,激光脉冲第一次通过BBO晶体产生两波长的二次谐波 (SHG) ,它们由各自的反射镜反射再次通过BBO又产生了二次谐波 ,这两次产生的二次谐波和基波通过用于产生三次谐波的BBO晶体可产生双波长的三次谐波 ,它们由 45°斜置的耦合镜输出。文中分析了满足二次谐波和三次谐波的四个相位匹配的条件 ,该方法也可用于腔内双波长双脉冲的三次谐波激光的产生 ,给出了相应的实验结果。     

Group velocity dispersion effect on the collapse of femtosecond laser pulses in air: a revised form for Marburger's law

The influence of group velocity dispersion(GVD) on the self-focusing of femtosecond laser pulses is investigated by numerically solving the extended nonlinear Schr?dinger equation. By introducing the GVD length LGVDinto the semi-empirical, self-focusing formula proposed by Marburger, a revised one is proposed, which can not only well explain the influence of GVD on the collapse distance, but also is in good agreement with the numerical results, making the self-focusing formula applicable for more cases.     

Effects of thickness of β-barium borate and angle of non-collinearity on the fs pulse generation by optical parametric amplification

Non-collinear optical parametric amplifiers (NOPAs) are used for the generation of tunable femtosecond pulses. The spectra of the uncompressed output from a lab-built NOPA in the 470–650 nm range have been recorded. Theoretical simulations for the effect of the length of the β-barium borate (BBO) crystal as well as the non-collinear angles between the pump and seed wavelengths have been carried out. For these we have obtained the initial experimental data from a 2 mm-thick BBO crystal when pumped with the second harmonic of the Ti:sapphire laser pulses of 100 fs duration. The pulse splitting length (PSL) and the group velocity mismatch (GVM) have been considered in simulations of the output. It was found that the crystal length of 1.3 mm and the crystal tilt of approximately 3.7° are optimal for the generation of pulses of ～11 fs at 600 nm.     

Proposal of high quality walk-off compensated sum frequency generation of ultra-short pulses

A multi-crystal and a frequency-selective group-velocity compensating schemes are proposed for the sum frequency-third harmonic generation of low power ultra-short pulses from a Ti:sapphire femtosecond laser. The mechanisms of compensation are analyzed accordingly. It is shown that the temporal walk-off can be effectively compensated without any dispersive element. By use of BBO, calcite crystals together with specially designed composite phase delay plates and dichroic beamsplitters, high quality third harmonic ultra-violet pulses within 300 nm can be generated by the two schemes.