相对论热等离子体中电子声波的非线性频移

研究了相对论电磁波在热等离子体中传播时的色散特性以及由于非线性电子声波激发引起的电子声波的非线性频移。基于相对论激光在热等离子体中传播的电磁流体物理模型,采用流体的非线性频移理论,利用微扰法得到了描述相对论激光与热等离子体相互作用时谐波产生的非线性频移方程。结果表明,等离子体密度、电子温度和一阶谐波振幅是决定相对论热等离子体中非线性频移的主要因素。在弱激发下,非线性频移随着电子温度和一阶谐波振幅的增大而增大,等离子体密度抑制非线性频移。电子声波非线性频移对等离子体密度和电子温度的依赖表现出了强烈的非线性特征。研究结果为深入理解高能量激光与热等离子体相互作用中谐波的产生及引起的非线性频移提供了理论依据。     

GaN基薄膜半导体材料不同非线性效应的竞争关系

采用金属有机化合物化学气相沉积方法生长了未掺杂GaN,p型Mg掺杂GaN,InGaN/GaN多量子阱等薄膜半导体材料,研究了其在800 nm飞秒激光激发下的非线性光学性质.实验结果表明,在800 nm飞秒激光激发下,多光子荧光、二次谐波等非线性光学信号之间存在着竞争关系,反映出不同非线性光学信号对激发光的能量分配存在着竞争,并通过其非线性光学信号强度与激发强度之间的依赖关系进行了验证.同时,本文对其竞争机理进行了初步探究.     

MYR-80A型激光单色仪

本仪器用脉冲YAG激光器的二次谐波和三次谐波作为泵浦源,激光染料作为工作物质,获得染料激光。同时采用腔内插入频率色散元件的方法,用ZF-7重火石玻璃制成的三棱镜元件可获得窄激光线宽。波长的调谐是改变全反射镜的角度来实现的。 本仪器包括四部分:YAG激光电源;激光振荡放大系统;倍频、和频、分光系统和染料激光器。 这种单色仪应用潜力很大,对激光光谱学、非线性光学、激光化学、激光物理、激光生物学、测量大气污染、分离同位素以及工业、军事、科研、教学等方面都有很广泛的应用价值。     

改型wiggler高次谐波自由电子激光的非线性理论分析

建立了改型wiggler自由电子激光的非线性理论,导出了自洽非线性方程组.用计算机模拟方法对改型wiggler高次谐波自由电子激光进行了分析,得到了电子在与光场相互作用,从线性调制到非线性饱和演化过程中的相空间群聚图、高次谐波的增益、抽取效率以及电子束能谱图,同时,还研究了电子束能散度对高次谐波的增益和效率的影响等.模拟结果证实了改型wiggler自由电子激光是实现短波长相干光辐射的重要途径之一. 关键词：     

掺杂晶体Cd0.35Hg0.65Ga2S4的光学特性

研究了掺杂非线性晶体Cd0.35Hg0.65Ga2S4的线性和非线性光学特性以及相位匹配.在相同的实验条件下，与已知的中红外晶体相比较，测定了该晶体的损伤阈值.实现了CO2激光二次谐波产生实验，与理论预测相一致. 关键词： 掺杂非线性晶体 Cd0.35Hg0.65Ga2S4 二次谐波产生 CO2激光     

非线性光学的发展与成就

本文简要评述了非线性光学(强光光学)二十年来的发展历史和所取得的成就,说明了强激光与物质相互作用的主要特点,强调了开展非线性光学研究的重大科学技术价值。着重介绍了各种主要非线性光学效应的种类、原理、研究进展、以及它们各种可能的和现实的应用。所论述到的主要研究课题方面包括有:光学相干混频、受激散射、自聚焦和自相位调制、光学相位共轭、光学双稳态、瞬态相干光学效应以及各种强光光谱学效应等。     

激光大气成丝中的非线性光频转换

超快强激光在光学介质（如空气）中传播时由于克尔自聚焦效应和等离体散焦效应动态平 衡会发生一种独特的非线性激光成丝现象。激光成丝过程会诱导一些独特的物理现象,如非线性 光频转换产生超连续光谱、等离子体诱导高压放电、锥形辐射等,在大气传感、天气控制等研究 领域具有重要的应用前景。本文针对飞秒激光大气成丝过程中与传输介质相互作用所诱导的非线 性发光过程,介绍了激光大气成丝所产生的超连续光谱（白光）激光、谐波产生和太赫兹波辐射 三种非线性光频转换现象,并着重探讨了太赫兹波辐射的物理机理、研究现状和应用前景。     

非线性光学的发展与成就

本文简要评述了非线性光学(强光光学)二十年来的发展历史和所取得的成就,说明了强激光与物质相互作用的主要特点,强调了开展非线性光学研究的重大科学技术价值。着重介绍了各种主要非线性光学效应的种类、原理、研究进展、以及它们各种可能的和现实的应用。所论述到的主要研究课题方面包括有:光学相干混频、受激散射、自聚焦和自相位调制、光学相位共轭、光学双稳态、瞬态相干光学效应以及各种强光光谱学效应等。     

非线性光学材料倍频效应测试系统研究

开展了一种红外和可见波段非线性光学性能测试研究。该研究基于二阶非线性光学原理, 结合光电信号探测技术, 提出了一种采用红外OPO激光以及把倍频光及其他光效应产生的光通过谱仪分光并结合CCD阵列探测器加以区分探测的新检测方案。主要解决了测试使用1 064 nm光源时, 材料的倍频信号532 nm被样品吸收后而探测不到倍频信号的缺点, 以及准确测量了倍频信号强度, 排除了其他光学效应产生的噪声干扰。其特点是采用1 064和1 905 nm的双波长激光替代单一波长的激光源, 该方案能适用于可见和红外非线性材料光学性能的测试。研究工作包括测试系统组成, 工作原理和测试方法, 并给出了采用本方法测试KTP, KDP, AGS以及几种新的红外非线性材料的实验结果, 并且发现了几种有前途的非线性光学晶体材料。研究结果表明本方法具有稳定可靠、判别精度高、操作简单等优点, 可以有效地定性或半定量测试材料的可见-红外非线性光学性能, 为研究可见、红外乃至紫外二阶非线性光学材料提供重要的测试手段。     

浅谈非线性光学

 早期激光实验中有一些过程用当时的理论难以解释。例如,受激喇曼散射(SRS),由于这个效应改变原来光的频率而阻止激光的传输,还有一些现象影响了激光的产生.当初,人们为了找到避开这类问题的方法,感到必须弄清它们的机理,于是在现代光学中逐渐开辟出一个新的领域,即非线性光学,它研究在强光作用下物质的响应与场强呈现的非线性关系.非线性光学过程已给人们提供了各种器件,它们可用于半导体激光器、光计算机、波导、图象处理、图象识别、集成光学等.许多非线性光学元件已用于光信号的开关和控制.非线性光学中的相共轭可使光在通过一定物质后产生的任意的光畸变得以修复.     

飞秒非线性光学的最新进展——几个周期超短超强激光脉冲的非线性光学

 本文介绍了飞秒非线性光脉冲研究的最新进展。超快技术的发展已经能够产生仅含几个振荡周期的超强脉冲,其强度梯度使电子可以存在于比库仑束缚场高许多倍的外场产生的原子束缚态,并产生了同光频相差不大的电离率,从而导致了非线性光学的一些新的特点。     

金属纳米颗粒等离激元共振增强非线性介质谐波的发展现状

随着纳米加工和制备技术的不断发展,金属纳米粒子的等离激元光学特性已得到了广泛的研究与应用。本文基于金属纳米颗粒等离激元共振特性,分析了金属纳米颗粒等离激元共振对介质谐波的增强机制,综述了该增强机制在近几年所取得的最新研究成果及其在生物成像领域的应用。金属纳米颗粒等离激元共振在增强介质非线性特性领域的发展趋势是从简单的金属纳米颗粒向复杂形状纳米颗粒和金属纳米颗粒组装体的发展,这些新型金属纳米颗粒在非线性光学、生物医学上的疾病诊断和治疗有良好的实际应用前景。     

非线性频率转换新原理新平台与新应用研究

作为最早发现的非线性光学现象之一,非线性频率转换经过几十年的发展,从原理到应用均已不断成熟。非线性频率转换过程中新的相位匹配原理被不断提出和实现。除此之外,随着集成光学、结构光子学及量子光学等领域的不断发展,非线性频率转换在各领域的研究和应用又重新焕发活力,并发挥着不可替代的作用。本篇综述围绕非线性频率转换主题,突出非线性频率转换的新原理、新平台与新应用研究,并以本团队研究成果为基础,介绍相关领域的研究进展,主要分为以下几个方面:非线性界面相位匹配新原理;结构光场非线性谐波调控;铌酸锂薄膜集成非线性光学新平台;单光子频率转换、光量子接口等新应用。     

Quasi-periodic and random quasi-phase matching of high harmonic generation

Quasi-phase matching schemes employing quasi-periodic or random spatial modulations, previously applied to perturbative nonlinear optics, are demonstrated theoretically for the extreme nonlinear optical process of high harmonic generation. We show that quasi-periodic quasi-phase matching of high harmonic generation can be used for simultaneous enhancement of arbitrarily chosen spectral regions. We also demonstrate enhancement of a single extremely wide bandwidth using random quasi-phase matching.     

Evidence for third-harmonic generation in disguise of second-harmonic generation in extreme nonlinear optics

In contrast with traditional nonlinear optics, a peak at the spectral position of the second harmonic of a laser can also be generated in an inversion-symmetric medium in the regime of extreme nonlinear optics. We describe the underlying mechanism of such third-harmonic generation in disguise of second-harmonic generation and compare theory with the optical as well as the radio-frequency spectra measured in recent experiments on thin ZnO films. The peak at twice the carrier-envelope offset frequency in the radio-frequency spectra is shown to be an unambiguous signature of such a process.     

The geometric phase in nonlinear frequency conversion

The geometric phase of light has been demonstrated in various platforms of the linear optical regime, raising interest both for fundamental science as well as applications, such as flat optical elements. Recently, the concept of geometric phases has been extended to nonlinear optics, following advances in engineering both bulk nonlinear photonic crystals and nonlinear metasurfaces. These new technologies offer a great promise of applications for nonlinear manipulation of light. In this review, we cover the recent theoretical and experimental advances in the field of geometric phases accompanying nonlinear frequency conversion. We first consider the case of bulk nonlinear photonic crystals, in which the interaction between propagating waves is quasi-phase-matched, with an engineerable geometric phase accumulated by the light. Nonlinear photonic crystals can offer efficient and robust frequency conversion in both the linearized and fully-nonlinear regimes of interaction, and allow for several applications including adiabatic mode conversion, electromagnetic nonreciprocity and novel topological effects for light. We then cover the rapidly-growing field of nonlinear Pancharatnam-Berry metasurfaces, which allow the simultaneous nonlinear generation and shaping of light by using ultrathin optical elements with subwavelength phase and amplitude resolution. We discuss the macroscopic selection rules that depend on the rotational symmetry of the constituent meta-atoms, the order of the harmonic generations, and the change in circular polarization. Continuous geometric phase gradients allow the steering of light beams and shaping of their spatial modes. More complex designs perform nonlinear imaging and multiplex nonlinear holograms, where the functionality is varied according to the generated harmonic order and polarization. Recent advancements in the fabrication of three dimensional nonlinear photonic crystals, as well as the pursuit of quantum light sources based on nonlinear metasurfaces, offer exciting new possibilities for novel nonlinear optical applications based on geometric phases.     

Numerical characterization of high harmonic attosecond pulses

A numerical simulation of attosecond harmonic pulse generation in a three-dimensional field-ionizing gas is presented. Calculated harmonic efficiencies quantitatively reproduce experimental findings. This allows a quantitative characterization of attosecond pulse generation revealing information currently not accessible by experiment. The rapid phase variation and spatiotemporal distortions of harmonics are smaller than anticipated, allowing focusing of 30-nm, 750-as pulses to intensities in excess of 10(13) W/cm(2). Feasibility of such pulses brings novel applications such as extreme ultraviolet nonlinear optics and attosecond pump probe spectroscopy within reach.     

基于光子晶体光纤和拉锥式单模光纤的超连续光谱产生的实验研究

本文使用重复频率为250 MHz、脉冲宽度为135 fs、最大功率为2.2 W的锁模掺镱光纤激光作为种子源,利用光子晶体光纤和自制的拉锥式单模光纤两种高非线性光纤研究了超连续光谱的产生特性,通过对比两种光纤的结构、色散等特性,分析了拉曼孤子、色散波及其他非线性效应对产生的超连续谱形状的影响,并均得到了大于一个倍频程的超连续光谱,特别是拉锥式单模光纤产生的超连续光谱,耦合效率达到60%,这为众多研究领域,尤其是光学频率梳的建立提供了实用的超连续光源.     

Spatio-temporal characterization of self-formed hollow light pulses in the pump depletion regime of second harmonic generation

Depletion of the pump pulse in second harmonic generation (SHG) and its back-regeneration from the second harmonic pulse is a well known process in nonlinear optics. Nevertheless how the pump pulse reshapes as a three-dimensional object in space and time has never been investigated. In this work we apply a three-dimensional mapping technique to record this transformation and we experimentally show the formation of a hollow as well as more complex layered spatio-temporal structures of the fundamental pump pulse in different regimes. The results are compared with numerical simulations.     

考虑谐波互作用的行波管欧拉非线性理论模型

基于拉格朗日体系的考虑谐波互作用的理论模型,将离散的粒子近似处理为流体,得到电子相位的连续分布函数.对电子相位连续分布函数进行傅里叶一阶展开,并结合贝塞尔母函数关系式,建立了考虑谐波互作用的欧拉非线性理论模型.应用考虑谐波互作用的欧拉非线性理论模型对一支L波段空间行波管和一支C波段空间行波管进行大信号分析,并与拉格朗日理论模型进行对比.结果表明:在增益1dB压缩点之前,考虑谐波互作用的欧拉非线性理论模型与拉格朗日理论模型十分符合,增益最大误差不超过4%.考虑谐波互作用的欧拉非线性理论模型能够有效的对增益1 dB压缩点之前的谐波进行分析.仿真结果验证了考虑谐波互作用的欧拉非线性理论模型的正确性和有效性.考虑谐波互作用的欧拉非线性理论不但提供了一个谐波快速计算模型,而且为后续研究行波管谐波的产生机理与抑制方法奠定了基础.