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。     

AgGaS_2晶体Ⅱ类非共线相位匹配CO_2激光参量上转换

本文报道了AgGaS_2晶体Ⅱ类非共线相位匹配Q开关Nd:YAG激光泵浦CO_2激光参量上转换研究结果,用迭代法计算了相位失配因子△K=0时的最佳非共线夹角.当泵浦功率密度为6MW/cm~2和晶体长度为4.7mm时,功率转换效率达16.1%,并且首次采用硅雪崩光电二极管接收和频信号.     

自发参量下转换过程光场分布

单光子的产生与测量在量子物理、量子信息研究中都有非常重要的意义.本文利用中心波长为850nm的飞秒脉冲二次谐波425 nm泵浦I类非共线相位匹配BBO晶体,获得非共线简并自发参量下转换(SPDC)光.实验测量了下转换光的空间分布、光子数分布和符合计数率.并进一步通过符合计数方法测量了获得单光子的几率.     

超短中红外参量放大过程的时空走离特性

 计算了MgO:LiNbO₃晶体中，共线与非共线相位匹配光参量放大产生超短中红外激光脉冲过程中的相位匹配曲线、有效非线性系数以及时间和空间走离情况。结果表明，采用非共线相位匹配方式，可以实现三波间群速度匹配；在抑制了泵浦光与信号光之间的空间走离的同时加大了泵浦光与闲频光之间的空间走离，但这种影响可以忽略；同时非共线角的引入使相位匹配角增大，提高了有效非线性系数。因此，非共线角的引入在不影响空间走离的情况下，有效补偿超短中红外参量放大过程中的时间走离，有利于参量放大转换效率的提高。     

共线和非共线模式下单光子探测器定标比对实验研究

采用相关光子法定标单光子探测器的量子效率对提高光学载荷的辐射定标准确度具有重要意义.利用355nm连续激光泵浦BBO晶体产生Ⅰ类自发参量下转换,在共线和非共线两种相位匹配模式下分别测量了单光子探测器雪崩光电二极管在736nm波段的量子效率.结果表明,共线和非共线两种模式测量结果的合成不确定度分别为0.71%和0.39%,相对偏差均优于0.4%,这两种模式都可以定标探测器量子效率,且具有很好的一致性.最后比较了两种模式定标探测器量子效率的优缺点,该研究为以后利用相关光子法对遥感器进行辐射定标提供了晶体相位匹配模式选择的依据.     

非共线泵浦的KTP光参量振荡器

对非共线泵浦ＫＴＰ光学参量振荡器的相位匹配过程进行了理论分析和实验研究。结果表明，非共线泵浦双通单谐振光学参量振荡器能够保持其双程增益的优点。使用非共线泵浦的ＫＴＰ光学参量振荡器，在非共线角度超过１°时，仍实现了３１％的１．０６μｍ泵浦光向１．５７μｍ人眼安全激光的能量转换效率。     

非共线准相位匹配周期极化RbTiOAsO4的增益带宽

研究了非共线准相位匹配过程中,周期极化RbTiOAsO_4晶体同时满足准相位匹配和群速匹配条件的非共线角和相应的极化周期随信号光波长的变化。分析了满足群速匹配条件时,非共线准相位匹配的调谐特性。数值模拟了增益带宽随非共线角、晶体温度和极化周期的变化关系。对比了群速匹配和最大增益带宽情况下,周期极化RbTiOAsO_4晶体增益带宽与晶体温度之间的关系。     

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     

基于光束偏转的扫描式宽带光参量啁啾脉冲放大

光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)是超短激光脉冲领域的重要技术之一,增大增益带宽对提高OPCPA的转换效率、实现宽带光参量放大具有重要的意义.本文将光束偏转和非共线OPCPA有机结合,提出了基于光束偏转的扫描式宽带OPCPA模型.分析了通过光束偏转来时刻改变非共线角,以保证各频率成分的相位匹配,从而增大增益带宽的基本原理.采用提出的扫描式宽带OPCPA,针对800 nm中心波长、带宽约为100 nm信号光的光参量放大进行了数值计算.结果表明:经过扫描式OPCPA后,信号光的带宽与放大之前几乎相同,光谱没有窄化;扫描式OPCPA比固定非共线角方式的放大极大地增加了增益带宽和转换效率,实现了宽带的光参量放大;要满足信号光各频率成分的相位匹配,达到最大的增益带宽和转换效率,需要尽量减小加载到钽铌酸钾(KTa_(1-x) Nb_xO_3, KTN)电光晶体上的电压抖动和电压延时.     

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     

三波非共线作用参变过程的相位匹配研究

对各向异性单轴和双轴非线性晶体中三波非共线作用参变过程的相位匹配进行了详细的研究，给出了参变光在非线性晶体主平面内传播的所有非共线参变过程可能的相位匹配类型和相位匹配条件，并推出了所有可能的非共红参变过程的临界相位匹配解的解析表达式。     

Efficient, low-threshold collinear and noncollinear beta-barium borate optical parametric oscillators

The performance of collinear and noncollinear pulsed barium borate optical parametric oscillators with third-harmonic Nd:YAG pumping is analyzed. The effects of tangential phase matching and pump Poynting vector walk-off compensation are shown to enhance noncollinear operation. However, we show that these effects are mutually exclusive for a typeI beta-barium borate optical parametric oscillator and furthermore that tangential phase matching is dominant. The selection of a collinear or a noncollinear configuration is determined by pump divergence and spot size as well as by crystal aperture. With a pump divergence of 4mrad, noncollinear operation is optimal. The highest slope efficiency, 37%, and the lowest threshold, 5mJ, are obtained with nearly perfect tangential phase matching. For a pump divergence of less than 2mrad and a similar spot size, collinear operation gives the lowest threshold, 3.2mJ, and the highest slope efficiency, 33%.     

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.     

单发次皮秒脉冲对比度的三阶自相关法测试技术

为了测试单发次皮秒脉冲对比度,设计并研制了非共轴三阶自相关仪。三阶自相关仪参数优化设计中,在确保获得正确的相关耦合信号的前提下,充分利用KDP晶体的极化张量,寻找有效非线性系数相对较高的相位匹配点,在满足非共线相位匹配条件的同时兼顾群速匹配,为增大时间测试范围,选取较大的入射光夹角。采用分区测试和图形重构技术,增大对比度测试的动态范围,结果显示采用两个科学级CCD测试的脉冲对比度在105左右。     

Integrated-grating-induced control of second-harmonic beams in frequency-doubling crystals

We report a novel type of integrated nonlinear photonic device for controlling the generation of several second-harmonic beams. Two-dimensional diffraction gratings are recorded with femtosecond laser pulses at the entrance surface of a frequency-doubling crystal. This periodic spatial modulation of the material surface induces noncollinear propagation of the fundamental input signal in the crystal. By slightly changing the angle of incidence of the seed beam, collinear and noncollinear phase matching can be achieved between different diffraction orders, in this way allowing the efficient generation of several second-harmonic beams.     

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.     

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.