稳定高质量光参量啁啾脉冲放大系统优化设计

要实现光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)系统稳定、高质量输出,需要同时对光参量放大和泵浦光倍频这两个非线性过程进行优化设计。在光参量放大系统优化设计中,建立了描述光参量放大过程的多种简化物理模型;通过模拟泵浦光和信号光口径匹配关系,分析了放大信号光空间两维对称性并提出了优化方法;建立了非线性晶体最佳长度确定及调谐方法,以实现信号光输出高稳定性。在泵浦光倍频系统优化设计过程中,提出应用位相失配法实现稳定倍频输出,研究表明这种方法不仅能实现倍频光能量起伏抖动远远小于基频光能量的起伏抖动,而且能减小泵浦光近场调制度和时间波形调制,极大地改善输出倍频光光束质量,进而提高OPCPA系统输出信号光质量。     

高稳定高转换效率光参变放大器倍频抽运光源研究

为了实现光参变放大抽运光源高稳定输出的目的。通过对倍频过程的数值模拟分析,提出倍频中存在“稳定区”的概念,在基频光强一定的条件下(小于倍频晶体破坏阈值),通过非共线双程倍频的方式或串联倍频的方式可有效延长倍频晶体的有效作用长度,保证倍频工作区能够被控制在“稳定区”内,从而实现高稳定高转换效率的倍频输出。实验数据验证了这一结论,实验中,利用非共线双程倍频的方式使得倍频工作区在“稳定区”内,对波动±5.7%的1064 nm高斯脉冲基频光,倍频光波动小于±2%,脉冲形状为高阶高斯脉冲,转换效率大于70%,实验结果表明,倍频光的稳定性指标相对于基频光提高了近3倍。     

光参量啁啾脉冲放大系统非线性晶体长度确定及调谐方法研究

首先介绍了模拟光参量啁啾脉冲放大（OPCPA）过程的多种计算模型,在此基础上提出了三步走逐步逼近算法,以确定OPCPA过程中最稳输出时所需的非线性晶体长度.这种算法综合利用了上述计算模型,随着计算模型越来越精确,非线性晶体长度的计算范围越来越小.因而利用这种算法能高效、精确地确定最佳非线性晶体长度.最后提出在OPCPA过程引入一定的相位失配量,来调谐最稳输出时所需晶体长度,从而能突破晶体加工精度不够的局限,在实际OPCPA过程中获得稳定输出. 关键词： 光参量啁啾脉冲放大 最稳输出 相位失配 非线性晶体长度     

空间走离和相速度补偿的高效飞秒脉冲倍频

采用两块大小均为10 mm×10 mm×0.2 mm的BBO晶体级联的实验方案对中心波长为800 nm、脉宽70 fs、重复频率10 Hz的激光进行了倍频,针对BBO晶体的空间走离和相速度失配,分别调节两块倍频晶体的光轴夹角和基频光的角度匹配失谐量.实验表明,两块倍频晶体光轴反向平行可以补偿空间走离效应,一定的角度失谐可以补偿基频光和倍频光的相速度失配.在无聚焦情况下,使用两块BBO晶体级联相互配合优化将8.1 mJ的入射基频光倍频后得到带宽6.7 nm(傅里叶转换极限脉冲宽度为35 fs)、2.8 mJ以上的倍频光.其倍频效率高达35.7%,是同等条件下单块晶体倍频转换效牢的1.7倍.     

兼容多波长及多脉宽输出的频率转换系统设计

通过对多种频率转换方案的深入对比分析,设计了一套兼容多波长及多脉宽高效输出的频率转换系统。采用"Ⅱ+Ⅱ"类双晶体级联的方式,可以实现"偏振失配"三倍频和Ⅱ类双晶体正交级联二倍频两种模式间的快速切换。通过数值模拟程序优化了晶体构型,结果表明,当两块晶体厚度均为10mm时,可以兼顾低功率长脉冲和高功率短脉冲对效率和稳定性的需求。     

基于预啁啾控制的极宽带光参量放大

在以飞秒钛宝石放大系统的倍频光为抽运光和超连续白光为信号光的光参量放大中,针对抽运光的宽带特点,分析了一种新的极宽带相位匹配方法.结果表明,10nm的抽运光带宽可得到近400nm的相位匹配带宽,若抽运光带宽达到20nm,相位匹配带宽就能达到近600nm.零色散波长为800nm的光子晶体光纤产生的超连续谱经光纤传输后为二次啁啾,宽带抽运光经棱镜对展宽具有线性啁啾,满足了极宽带相位匹配方法所需要的光谱分布.理论计算了对输入脉冲进行预啁啾控制应选择的光纤长度和棱镜对在光路中的插入量,为实现极宽带光参量放大提供了 关键词： 啁啾 极宽带相位匹配 光参量放大 光子晶体光纤     

晶体级联方式的宽带三倍频方案分析

 讨论了入射基频光频谱宽度、两块和频晶体失谐角对KDP晶体Ⅰ/Ⅱ/Ⅱ类角度失谐级联方式的三倍频光功率谱分布的影响，分析了影响三倍频效率的因素。研究结果表明，第二块和频晶体得到的三倍频光的功率谱分布与基频光功率谱分布及失谐角有关，三倍频光频谱宽度近似为基频光的3倍，采用该方案的三倍频可有效抑制由于基频光时间相位调制导致的三倍频光强随时间分布的不均匀，并能有效提高大带宽条件下的三倍频转换效率。同时，采用该方案的三倍频，对级联的两块和频晶体厚度及失谐角调整精度要求不高，在实验上有很大的可操作性。     

双端输出外腔谐振倍频的运转特性研究

准相位匹配晶体外腔谐振倍频是获得高效率短波长激光稳定输出的技术之一.为消除高功率激光抽运时非线性级联过程的影响、提高倍频激光的输出功率,本文设计了一种双端输出倍频谐振腔.首先在实验上比较了双端和单端输出谐振倍频过程的倍频效率和输出功率;并在理论上分析了双端腔型下基频光与倍频光相对相位的变化对于倍频输出光功率的影响,通过控制相对相位可以获得高的倍频光输出功率.实验结果与理论分析基本吻合.     

堆积脉冲光参量啁啾脉冲放大器

以自启动被动锁模掺镱光纤堆积脉冲激光器为种子源,采用非共线相位匹配的方法,进行了光参量啁啾脉冲放大器的实验研究,得到了两级放大总增益为1.1×107,单脉冲能量为11mJ,能量稳定性小于2%rms,8nm的放大谱宽.实验结果表明,采用这种结构的光参量啁啾脉冲放大器,放大增益高,系统稳定、结构紧凑、便于调节,同时通过调节种子源中的堆积器,可以得到不同宽度的放大信号脉冲.     

堆积脉冲光参量啁啾脉冲放大器

以自启动被动锁模掺镱光纤堆积脉冲激光器为种子源,采用非共线相位匹配的方法,进行了光参量啁啾脉冲放大器的实验研究,得到了两级放大总增益为1.1×107,单脉冲能量为11 mJ,能量稳定性小于2％ rms,8 nm的放大谱宽.实验结果表明,采用这种结构的光参量啁啾脉冲放大器,放大增益高,系统稳定、结构紧凑、便于调节,同时通过调节种子源中的堆积器,可以得到不同宽度的放大信号脉冲.     

Photoinduced second harmonic generation studies on Tris(thiourea)copper(I) perchlorate Cu(SC(NH2)2)3(ClO4)

We have established a possibility to obtain the photoinduced optical second harmonic generation in the initially centrosymmetric single crystals of tris(thiourea)copper(I) perchlorate crystallized in the monoclinic system with the space group P2₁/c. The second‐order susceptibility of the investigated crystal was measured by inducing the crystal by external laser field. The results obtained are interesting and discussed in detail. We have established that the optical second harmonic generation achieves its maximum (about 0.84 pm/V) at photoinducing power density about 1430 kW/cm² for the fundamental wavelength 1064 nm. The maximal output second harmonic generation (SHG) was achieved at an angle of about 35° between the pumping and fundamental power beam's polarizations. Such maximum may be a consequence of a competition between the so formed anharmonic photothermal expansions and the thermal destruction that occurred because of the heating of the crystal surfaces. Our independent verifications have shown that the photoinduced surfaces were heated up to 8–12° C. This may cause occurrence of photothermal relaxation processes. The output SHG exists only immediately after the act of photoinduction. The obtained dependences are caused by specific features of the Raman spectra of the investigated crystals. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

多波长飞秒激光激发下GaAs纳米线SHG特性研究

本文基于有限元法研究了直立生长于GaAs衬底的GaAs纳米线的光场响应和光场增强性质. 实验使用多个波长的飞秒激光脉冲激发GaAs纳米线, 测得了较高效率的二次谐波信号, 并首次使用宽带超连续飞秒脉冲 (1000–1300 nm) 在纳米线上获取了宽带、无杂散荧光噪声的二次谐波信号. 这种高效的二次谐波产生过程主要归因于纳米结构引起的局域场增强效应. 本文阐明了GaAs纳米线的二次谐波倍频特性, 这些结果对于其在纳米光学中的光器件、 光集成等领域的进一步研究和实际应用具有很好的参考价值. 关键词： GaAs纳米线 二次谐波 飞秒激光     

聚苯乙烯芪盐L—B膜的二阶非线性光学性质研究

首次合成了一种称之为聚苯乙烯芪盐的有机高分子材料.此材料可以在水面上形成稳定的单分子层膜,并且所形成的单分子层膜可以转移到固体衬底上去.对聚苯乙烯芪盐单分子层膜进行光学二次谐波产生测量,得到聚苯乙烯芪盐对应于每个发色团的二阶非线性极化率为1.2×10~(-28)esu.制备了该材料两种不同类型的多层膜,讨论了多层膜二次谐波产生信号不随层数增加而增加的可能原因.     

氧化铟锡薄膜的二阶非线性光学特性研究

利用二次谐波产生技术研究了氧化铟薄膜的非线性光学特性.氧化甸锡薄膜中多晶晶粒的优先取向,使其产生了非常强的二次谐波信号,并且在一定的薄膜存度以上,随薄膜厚度的增加二次谐波信号显著增强.由于多晶晶粒的优先取向使得薄膜基板平面内存在着非常明显的非线性光学各向异性.     

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。     

光抽运垂直扩展腔面发射激光器腔内倍频理论研究

建立了计入光波在非线性晶体中走离和相位失配情况下的光泵面发射激光器腔内倍频的速率方程理论模型,采用循环数值逼近的方法对该速率方程进行求解.以BBO,LBO,PPLN等非线性晶体为例,研究了晶体长度以及抽运功率等因素对倍频输出功率的影响,模拟结果与实验结果符合得较好. 关键词： 光抽运 垂直扩展腔面发射激光器 腔内倍频 数值模拟     

晶体球中非相位匹配二次谐波产生及最佳聚焦条件

晶体球法是近年来在国际上发展起来的一种测量非线性系数的新方法。根据聚焦高斯光束二次谐波产生的孔径方程理论,分析了晶体球中的第Ⅰ类非相位匹配二次谐波产生过程,讨论了晶体球中第Ⅰ类非相位匹配二次谐波最佳聚焦参数的选择。报道了LiNbO3晶体球中皮秒激光脉冲抽运的相位匹配二次谐波实验。所得结果与理论预计相符。     

Generation of femtosecond laser pulses at 396 nm in K_3B_6O_(10)Cl crystal

K_3B_6O_(10)Cl(KBOC), a new nonlinear optical crystal, shows potential advantages for the generation of deep ultraviolet(UV) light compared with other borate crystals. In this paper we study for the first time the second harmonic generation(SHG) of a femtosecond Ti:sapphire amplifier with this crystal. Laser power is obtained to be as high as 220 m W at the central wavelength of 396 nm with a 1-mm-long crystal, and the maximum SHG conversion efficiency reaches 39.3%. The typical pulse duration is 83 fs. The results show that second harmonic(SH) conversion efficiency has the room to be further improved and that the new nonlinear crystal is very suited to generate the high efficiency deep ultraviolet laser radiation below 266 nm.     

Quadripartite entangled state from cascaded second-harmonic generation

A generation system of continuous-variable （CV） quadripartite entangled state based on two cascaded second- harmonic generation （SHG） cavities below the threshold is investigated. Two reflected fundamental bearias of the first cavity, the reflected second-harmonic beam and the output fourth-harmonic beam of the second cavity are proved to be entangled, and the dependence of the entanglement degree on the normalized frequency, pump parameter, fourth-harmonic loss parameter, and second-harmonic loss parameter is also analyzed. Due to the fact that the cavity parameters and the nonlinear crystals of the two SHG cavities can be freely chosen, the practicality of the proposed protocol is relatively perfect and the system can also be extended to the preparation of multicolor entangled states for a quantum network.