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     

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     

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。     

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     

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     

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。     

KBe2BO3F2飞秒光参量放大中的群速匹配

提出了KBe2BO3F2 (KBBF)飞秒光参量放大中三波群速完全匹配的方法.对于Ⅰ类相位匹配方式采用非共线结构及倾斜抽运光脉冲波面,对于Ⅱ类相位匹配方式采用共线结构同时倾斜抽运光和信号光脉冲波面,可实现参量带宽最大时三波群速的完全匹配,从而获得更高增益,更窄脉宽的参量光.     

KBe2BO3F2飞秒光参量放大中的群速匹配

提出了KBe₂BO₃F₂ （KBBF）飞秒光参量放大中三波群速完全匹配的方法.对于Ⅰ类相位匹配方式采用非共线结构及倾斜抽运光脉冲波面,对于Ⅱ类相位匹配方式采用共线结构同时倾斜抽运光和信号光脉冲波面,可实现参量带宽最大时三波群速的完全匹配,从而获得更高增益,更窄脉宽的参量光. 关键词： 群速匹配 相位匹配 脉冲波面倾斜 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。     

准相位匹配倍频系统的带宽性质研究

根据准相位匹配倍频原理,讨论了实现宽带二次谐波转换需要满足的条件.以周期性极化铌酸锂晶体和掺杂氧化镁（7mol%）周期性极化铌酸锂（7mol%MgO-PPLN）晶体为例,分别比较了0型（e+e→e）和Ⅰ型（o+o→e）两种准相位匹配情况下宽带高效二次谐波转换的特性.研究表明,对于7mol%MgO-PPLN晶体,同时满足准相位匹配条件和群速度匹配条件的中心波长和带宽向短波方向移动,且0型（e+e→e）准相位匹配情况下可以获得更大的带宽.     

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.     

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。     

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     

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.     

Noncollinear double quasi phase matching in one-dimensional poled crystals

We demonstrate simultaneous phase matching of two different nonlinear processes, using a noncollinear interaction in periodically poled crystal with single grating. The noncollinear scheme provides phase-matching solutions over continuous regions of the optical spectrum and can be used for multiple-harmonic generation as well as all-optical effects. We have demonstrated experimentally third-harmonic generation of a 3 microm pump wavelength in a noncollinear configuration using a periodically poled LiNbO3 crystal. We observed, in good agreement with theoretical calculation, very broad spectral and thermal acceptance bandwidths, as well as a relatively narrow angular bandwidth.     

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.