微结构光纤中超短激光脉冲传输的数值模拟

在传统求解广义非线性薛定谔方程(GNSE)分步傅里叶方法的基础上，提出了利用自适应分步 傅里叶方法(ASSFM)求解GNSE.数值模拟发现：在发生显著孤子峰值频移且微结构光纤的色散 和非线性参数随频率显著变化的情况下，采用ASSFM对超短脉冲在光纤中传输进行模拟是很 必要的，微结构光纤色散特性对超短脉冲在微结构光纤中的演化以及超连续光谱展宽有很大 影响.ASSFM可以合理地考虑到微结构光纤特性参数随脉冲演化过程中峰值功率所对应波长（ 或频率）的变化，从而更精确地模拟超短脉冲在微结构光纤中的传输. 关键词： 微结构光纤 超短脉冲 色散 自适应分步傅里叶方法     

超短啁啾脉冲光束空间奇异性的形成与消除

研究了超短啁啾脉冲光束在真空中的传输行为以及在传输过程中时空奇异性的形成. 结果表 明，对于脉冲时间较长（相对于一个光学周期）的超短啁啾脉冲光束，啁啾导致的脉冲光谱 展宽仍然会导致脉冲光束空间奇异性的出现. 脉冲啁啾比脉冲长度对脉冲光束空间奇异性的 出现影响更大. 给出了超短啁啾高斯脉冲光束在不同参数下的数值模拟、空间奇异性出现的 条件等，并用复解析信号理论消除了空间奇异性的出现. 关键词： 单周期 缓变包络近似 奇异性 啁啾脉冲     

等束宽超短脉冲光束的远场特性

利用角谱法和复解析信号法推导出了等束宽超短高斯脉冲光束在远场的解析传输公式及其傅里叶谱.研究了若干个甚至一个光周期数的等束宽超短高斯脉冲光束的远场特性，并与等衍射长度超短高斯脉冲光束作了比较.研究表明，等束宽超短高斯脉冲光束在远场存在脉冲展宽、光谱变窄、离轴光谱红移、轴上光谱蓝移等特性. 关键词： 角谱法 复解析信号法 等束宽超短高斯脉冲光束     

利用光孤子机制实现超宽范围波长调谐的理论和实验研究

以获得光参量啁啾脉冲放大系统主激光与抽运光两种波长、宽带、超短脉冲的产生及精密同步为目标,探索采用光孤子机制实现超宽带宽范围的可调谐超短脉冲产生. 数值模拟了孤子传输过程中的时域-频域演化过程及与其他非线性效应的相互作用过程和特性. 实验验证了利用光孤子机制产生可调谐脉冲的方法. 同时还观察到孤子的形成、分裂、自频移等现象,在可见光到近红外波段都演示了波长可调谐的输出特性,并且与理论分析结果符合较好. 关键词： 光参量啁啾脉冲放大 可调谐脉冲产生 非线性薛定谔方程 孤子机制     

载波相位对超短脉冲时间重心的影响

以Gauss、Hyperbolic Secant、Lorentz三种脉冲为例，利用理论推导和数值模拟的方法研究了载波相位对超短脉冲时间重心的影响，并给出了三种脉冲的时间重心与载波相位的解析表达式和数值模拟的图形.研究结果表明:当脉冲包络的宽度短于一个光学振荡周期时，载波相位对超短脉冲的时间重心开始有较显著的影响.     

超短辛格高斯脉冲光束的频谱性质

给出了自由空间中超短辛格高斯脉冲光束在频率域传输的方程．对超短辛格高斯脉冲光束的功率谱进行了研究．结果表明：超短辛格高斯脉冲光束的轴外频谱具有红移、频谱变窄等性质．超短辛格高斯脉冲光束的光谱在衍射角不为零时有红移现象，并且随着衍射角的增加光谱红移也逐渐增大，频谱宽度逐渐变窄．在十倍瑞利距离处的数值模拟结果表明，衍射角等于3°时的频谱宽度仅为衍射角为0°时频谱宽度的四分之一．     

超短脉冲强激光与固体靶作用产生的高次谐波红移

用一维粒子模拟程序研究了超短脉冲强激光与超临界密度等离子体平板作用产生的高次谐波。分析了振荡镜面模型所不能解释的伴随高次谐波出现的频率红移现象。通常激光与固体靶作用中的高次谐波是由于激光从振荡靶面的反射产生的.除此之外，相对论光强的激光与固体靶作用还应考虑光压对靶的烧蚀推进作用，这时激光相当于从一个移动的振荡靶面反射，所以产生了带有红移的高次谐波. 关键词： 红移 超短脉冲强激光 高次谐波 粒子模拟     

基于抽运-探测法的皮秒反斯托克斯拉曼频移器的理论研究

采用拉曼频移器在晶体介质中利用相干反斯托克斯散射效应可以获得超短脉冲(皮秒)反斯托克斯激光.基于抽运-探测法的晶体拉曼频移器可以实现相干反斯托克斯散射的共线相互作用,从而可以有效提高反斯托克斯光的转化效率.本文在平面波近似下建立了基于抽运-探测法的皮秒反斯托克斯拉曼频移器的耦合波方程组,引入归一化参量对方程组进行了归一化处理.通过数值计算,得到了描述皮秒反斯托克斯拉曼频移器运行的一组普适理论曲线,分析了归一化拉曼增益系数G、归一化相位失配参数△K以及探测光脉冲能量占基频光总能量的比值r_(probe)三个变量对反斯托克斯拉曼频移器性能的影响,确定了实现高效反斯托克斯转化时各归一化变量的合理取值.采用实验数据对该理论模型的正确性进行了验证,反斯托克斯转化效率的理论值与文献数据基本一致.     

飞秒与皮秒激光脉冲的主动同步及和频产生宽带超短激光的研究

利用主动同步方式实现了飞秒钛宝石激光器与皮秒Nd:YVO₄激光器的同步，得到了时间抖动低于1ps的同步精度.在此基础上进行了两束激光的和频实验研究，产生了波长为460nm的宽带蓝光飞秒脉冲激光.这一技术不仅代表了实现不同波长、不同脉冲宽度激光同步的一般方法，而且也证明了通过和频、差频两束不同激光产生新波长超短脉冲激光的一种全新技术方案. 关键词： 主动同步 超短脉冲 和频 差频     

互相关法实现超短脉冲精确延时的探测及控制

在超短超强激光装置中, 强激光与靶物质相互作用产生等离子体, 为了获知等离子体的演化规律, 需要准确控制探针光与打靶主激光的相对延时, 精度须达到几十飞秒至几皮秒。为此设计了一台延时测量仪, 该测量仪基于超短脉冲强度二阶单次互相关测量原理, 利用非线性晶体的非共线和频效应, 采用线阵CCD采集探针光与打靶光产生的和频光空间光强分布曲线, 通过测量和频光强峰值的相对移动量, 反映探针光与打靶光的相对延时, 控制延时光路达到两光束的精确延时。详细阐述了该延时测量仪的构型, 讨论了超短脉冲强度互相关测量的原理, 理论分析了两光束的相对时间差与和频光峰值相对移动量之间的关系, 通过数值模拟给出了两光束夹角对延时测量精度的影响, 可根据不同要求改变两光束夹角更换晶体, 以满足延时精度及延时范围的要求。在理论分析的基础上进行了初步的实验验证。     

周期量级超短激光脉冲在近临界密度等离子体中形成的光孤子

利用一维粒子模拟程序，观测到周期量级的超短激光脉冲在等离子体中可以以孤子形式传播.它在一定密度等离子体中以较高的群速度向前传播，并在到达等离子体与真空界面时发生反射和透射.当入射激光脉冲强度增大时，非线性调制效应使它产生较大的频率下移，致使光孤子传播速度变小.另外，对于同样光强下的几十个周期以上的光脉冲，它在等离子体中传播时形成的则是一连串低频的被捕获在等离子体中的光孤子. 关键词： 光孤子 超短激光脉冲 等离子体 粒子模拟     

Nonlinear pulse propagation and phase velocity of laser-driven plasma waves

Laser evolution and plasma wave excitation by a relativistically intense short-pulse laser in underdense plasma are investigated in the broad pulse limit, including the effects of pulse steepening, frequency redshifting, and energy depletion. The nonlinear plasma wave phase velocity is shown to be significantly lower than the laser group velocity and further decreases as the pulse propagates owing to laser evolution. This lowers the thresholds for trapping and wave breaking and reduces the energy gain and efficiency of laser-plasma accelerators that use a uniform plasma profile.     

强激光在窄通道中传播的理论研究

在考虑相对论和有质动力非线性以及全局电量守衡的前提下,分析了强激光在冷等离子体窄通道中稳定传播的情况。采用较为简化的二维理论模型,给出了描述激光和通道横向结构的解,对不同通道宽度、通道密度、激光强度和电磁模式等进行了讨论,分析了其对激光在等离子体通道中传播的影响。分析发现,在存在预通道的情况下,当等离子体通道的密度大于临界密度很多时(例如20倍临界密度),即使是在激光波长量级的通道中,激光仍然可以传播。通道越宽,等离子体密度越小;激光强度越大越容易传播。在同样的通道和传输情况下,TE0模传输所需要的激光强度比TE1模要小。     

THz Radiation Generation via the Interaction of Ultra‐short Laser Pulses with the Molecular Hydrogen Plasma

In this paper, a two dimensional Particle In Cell‐Monte Carlo Collision simulation scheme is used to examine the THz generation via the interaction of high intensity ultra‐short laser pulses with an underdense molecular hydrogen plasma slab. The influences of plasma density, laser pulse duration and its intensity on the induced plasma current density and the subsequent effects on the generated THz signal characteristics are studied. It is observed that the induced current density in the plasma medium and THz spectral intensity are increased at the higher laser pulse intensities, laser pulse durations and plasma densities. Moreover, the generated THz electric field amplitude is reduced at the higher laser pulse durations. A wider frequency range for the generated THz signal is shown at the lower laser pulse durations and higher plasma densities. Additionally, it is found that the induced current density in hydrogen plasma medium is the dominant factor influencing the generation of THz pulse radiation. (© 2016 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

激光脉冲在气体中产生的离化波前的演化及其对光脉冲传播的影响

利用带离化子程序的一维粒子模拟程序，对光脉冲与离化波前的相互作用进行了模拟研究，讨论了在原子多度电离的情况下光脉冲与离化波前的相互作用关系.研究表明，由于原子各级离化势的不连续性使得离化波前在空间上出现平台区；离化过程导致激光频率发生蓝移，这个蓝移又对脉冲形状产生调制，使脉冲前沿呈阶跃型增长；阶跃型的光脉冲包络使离化波前的平台区变短，直至整个离化波前分为几个不同梯度的区域.还讨论了不同元素和不同密度的气体中产生的离化波前的特点.同时分析了光脉冲频率随传播距离的关系，指出由于光脉冲宽度的增加，将导致出射的光 关键词： 激光等离子体 光电离 离化波前 激光频率上转换     

空气中激光等离子体通道的三次谐波光谱特性研究

对不同条件下强激光在空气中形成等离子体通道的三次谐波光谱特性进行了研究。单脉冲能量12 mJ,脉宽30 fs,重复频率10 Hz,中心波长795 nm的飞秒激光脉冲经0.5 m焦距的凹面镜聚焦,在空气中形成了等离子体通道, 并在前 向观测到谱线半峰全宽（FWHM）为15 nm的三次谐波。随着脉冲啁啾的变化,三次谐波的光谱出现红移或兰移,当激光脉冲附带+1.3×105fs2的二阶色散时,三次谐波谱线红移且谱峰强度增长了两倍。同时 ,通过改变可编程声光色散滤波器（AOPDF）光谱调制的位置（Hole position）,三次谐波的光谱也发生频移。     

Resonant third harmonic generation of a short pulse laser in plasma by applying a wiggler magnetic field

We examine the effect of wiggler magnetic field on pulse slippage of short pulse laser-induced third harmonic generation in plasma. The process of third harmonic generation of an intense short pulse laser in plasma is resonantly enhanced by the application of a magnetic wiggler. The laser exerts a ponderomotive force at second harmonic driving density oscillations. The second harmonic oscillations coupled with electron velocity at the laser frequency, produces a non-linear current, driving the third harmonic. Third harmonic pulse generates in the fundamental pulse domain. However, the group velocity of the third harmonic wave is greater than the fundamental wave. Hence, the third harmonic pulse saturates strongly and moves forward from the fundamental pulse at shorter distance than the second harmonic pulse.     

Stochastic heating and acceleration of electrons in colliding laser fields in plasma

We propose a mechanism that leads to efficient acceleration of electrons in plasma by two counterpropagating laser pulses. It is triggered by stochastic motion of electrons when the laser fields exceed some threshold amplitudes, as found in single-electron dynamics. It is further confirmed in particle-in-cell simulations. In vacuum or tenuous plasma, electron acceleration in the case with two colliding laser pulses can be much more efficient than with one laser pulse only. In plasma at moderate densities, such as a few percent of the critical density, the amplitude of the Raman-backscattered wave is high enough to serve as the second counterpropagating pulse to trigger the electron stochastic motion. As a result, even with one intense laser pulse only, electrons can be heated up to a temperature much higher than the corresponding laser ponderomotive potential.     

超短激光脉冲在等离子体中的分裂以及类孤子结构的形成

用一维粒子模拟研究了超短脉冲在等离子体中传播时产生的光孤子结构以及由此形成的脉冲分裂现象，比较了不同峰值强度和脉冲宽度对形成光孤子以及脉冲传播方式的影响.研究表明: 脉冲宽度在若干个到十几个振荡周期的超短脉冲在等离子体中可能形成高速传播的光孤子；脉冲宽度增加和强度增大两种方式都可以使得孤子结构的传播速度减慢,且由于高阶孤子的衰变使得初始激光脉冲在等离子体中发生分裂，形成两个以不同速度向前传播的孤子结构.由孤子阶数的理论计算可较好地预言激光脉冲在等离子体中分裂的子脉冲数. 关键词： 光孤子 超短激光脉冲 等离子体 粒子模拟     

Experimental demonstration of phase control of dispersion effects for an ultrashort pulse train propagating in a resonant medium

We present an experiment in which an ultrashort pulse train propagates resonantly through anoptically dense vapor of atomic rubidium. The sequence obtained from a Fabry-Perot interferometer comprises nearly 10 regularly time-delayed and mode-locked pulses. We show that a sequence with phase shift phi = 0[2pi] between two successive pulses propagates with important temporal distortion, whereas a sequence with phi = pi[2pi] experiences few propagation effects, thus leading for the first time to our knowledge to the possibility of phase control of dispersion effects for an ultrashort pulse train.