振幅调制和位相扰动对三倍频参数优化的影响

详细讨论了入射基频光的振幅调制和位相扰动对三倍频转换效率和动态范围的影响,提出了提高三倍频转换效率和增大动态范围的方法。采用I/II类角度失谐的KDP晶体三倍频方案,对倍频晶体的参数进行了优化设计。     

啁啾脉冲堆积的宽带整形脉冲三倍频方案分析

针对啁啾脉冲堆积方法获得的宽带整形激光脉冲,采用KDP晶体Ⅰ／Ⅱ类角度失谐的三倍频方案,定量分析了影响其三倍频转换效率的主要因素,并对三倍频前后的时间波形及频谱分布进行了比较分析。在此基础上,与时间相位调制的宽带整形脉冲三倍频的相应结果进行了比较。研究结果表明,对于啁啾脉冲堆积方法获得的宽带整形激光脉冲,在实现较高的三倍频转换效率的同时,其时间波形和频谱分布基本保持不变。对于具有相同带宽和波形的时间位相调制整形脉冲,其三倍频转换效率明显低于啁啾脉冲堆积宽带整形脉冲。     

振幅调制和位相扰动对三倍频参数优化的影响

 详细讨论了入射基频光的振幅调制和位相扰动对三倍频转换效率和动态范围的影响，提出了提高三倍频转换效率和增大动态范围的方法。采用I/II类角度失谐的KDP晶体三倍频方案，对倍频晶体的参数进行了优化设计。     

超短脉冲在单块晶体中的三次谐波理论模拟

讨论了群速度失配、自相位调制和交叉相位调制、晶体厚度、基波的频率啁啾等因素对超短脉冲单块晶体的三次谐波转换效率、三倍频光脉冲形状以及频谱的影响.结果表明：群速度延迟使三倍频光脉冲展宽；自相位调制和交叉相位调制会降低转换效率,并使三倍频光脉冲形状发生畸变；晶体厚度对三倍频光脉冲频谱展宽有着较大的影响；合适的基频光频率啁啾可以减小三倍频光脉冲的畸变,并有效地提高三倍频转换效率.     

三阶非线性效应对三次谐波振荡转换的影响

使用快速傅里叶变换和四阶龙格-库塔法,对KDP晶体内以Ⅰ／Ⅱ类角度失谐设置方式的高强度激光三次谐波振荡转换进行了研究,考虑了谐波转换过程中的三阶非线性x^[3]、衍射、离散等效应,并着重研究了KDP晶体的三阶非线性效应对高强度激光三次谐波转换的影响。研究表明,三阶非线性效应降低了三次谐波振荡转换效率,增大了相位扰动对3ω光束的强度调制,然而通过增加二倍频的失谐角△θ8,可以避免三阶非线性效应对三次谐波振荡转换带来的不利影响。     

晶体级联方式宽带三倍频方案的参数优化

针对时间位相调制的宽带激光,采用分步离散傅里叶变换及四阶龙格－库塔算法进行数值模拟计算。讨论了采用KDP晶体级联方式时,入射基频光的光强、带宽以及晶体厚度对三倍频转换效率的影响。对采用一块РⅠ类二倍频晶体、一块Ⅱ类和一块Ⅰ类双混频晶体的级联宽带三倍频方式进行了晶体参数的优化。研究结果表明,使用两块级联的KDP晶体作为混频晶体,不仅能有效地提高带宽较宽条件下三倍频光的转换效率,还可以显著增大宽带三倍频的动态范围。经优化后,带宽1.11 nm时入射基频光强在3～8 GW/cm2范围内的三倍频转换效率可保持在60％～70％,比采用单倍频单混频方案时增大了30％～40％。     

CLBO晶体用于三次谐波转换的特性研究

 讨论了CLBO晶体用于高效率三倍频的机理,从理论上分析了产生高次谐波转换的基本特性,对CLBO晶体在高功率激光装置中产生高效率谐波转换的基本参数进行了数值模拟计算,并与KDP晶体三次谐波转换的特性进行了比较,给出了CLBO 晶体产生高效率谐波转换的基本条件。     

CLBO晶体用于三次谐波转换的特性研究

讨论了CLBO晶体用于高效率三倍频的机理,从理论上分析了产生高次谐波转换的基本特性,对CLBO晶体在高功率激光装置中产生高效率谐波转换的基本参数进行了数值模拟计算,并与KDP晶体三次谐波转换的特性进行了比较,给出了CLBO 晶体产生高效率谐波转换的基本条件。     

晶体级联方式宽带三倍频方案的参数优化

 针对时间位相调制的宽带激光,采用分步离散傅里叶变换及四阶龙格－库塔算法进行数值模拟计算。讨论了采用KDP晶体级联方式时,入射基频光的光强、带宽以及晶体厚度对三倍频转换效率的影响。对采用一块РⅠ类二倍频晶体、一块Ⅱ类和一块Ⅰ类双混频晶体的级联宽带三倍频方式进行了晶体参数的优化。研究结果表明,使用两块级联的KDP晶体作为混频晶体,不仅能有效地提高带宽较宽条件下三倍频光的转换效率,还可以显著增大宽带三倍频的动态范围。经优化后,带宽1.11 nm时入射基频光强在3～8 GW/cm²范围内的三倍频转换效率可保持在60％～70％,比采用单倍频单混频方案时增大了30％～40％。     

超短脉冲三倍频中特殊群速度组合的分析

基于非线性耦合波理论,对比分析了超短脉冲三倍频过程中不同的特殊群速度组合模式下的谐波转换特性(转换效率和带宽等).利用分步傅里叶变换和四阶Runge-Kutta积分算法,对脉宽150 fs左右的超短脉冲在KDP晶体中的I类混频过程进行数值模拟,结果表明:三波包"不等速匹配"模式下的综合谐波转换性能(转换效率达到50%和转换带宽达到2 nm)整体要优于其他特殊群速度匹配模式;"三波包不等速"模式更有利于三波包间能量之间的耦合及转换.这一结论为进一步提高超短脉冲三倍频的转换效率及带宽具有理论指导意义.     

超短激光脉冲二倍频理论分析

采用快速傅里叶变换（FFT）算法和Rung-Kutta法对KDP晶体中超短激光脉冲二倍频过程作了研究。详细讨论了群速度失配、群速度色散和三阶非线性相位调制效应对倍频光脉冲波形、光谱及转换效率的影响。研究结果表明：在超短激光脉冲二倍频中，三阶非线性相位调制效应可使二倍频光脉冲形状发生畸变，光谱明显展宽且转换效率降低；当入射基频光功率密度大于100GW/cm2时，三阶非线性效应是影响倍频过程的主要因素。     

KDP晶体相位匹配角理论预测模型及其验证分析

在高功率固体激光器的终端光学组件内, 大口径薄型KDP (KH₂PO₄)晶体的精密装配和校准是实现惯性约束核聚变的关键技术之一. 为了达到晶体在线安装高效高精度的要求, 需要测量高功率激光三次谐波转换效率达到最高时的晶体相位匹配角分布. 本文针对Ⅰ/Ⅱ类大口径薄型KDP晶体三次谐波转换的方式, 根据晶体的非线性光学属性获得了晶体不同位置相位匹配角之间的关系; 根据激光束在晶体内的传输路径分析得到了晶体面形、相位匹配角与激光三次谐波转换效率达到最高时 晶体最佳偏转角之间的相互关系. 在此基础上, 建立了Ⅰ/Ⅱ类KDP晶体相位匹配角的理论预测模型, 并利用实验进行了验证和分析. 实验结果表明, 晶体相位匹配角的预测值与实验值之差在10.0 μrad以内, 验证了Ⅰ/Ⅱ类KDP晶体相位匹配角理论预测模型的正确性, 为获得晶体全口径相位匹配角分布提供了简单、高效的预测方法.     

大口径KDP晶体折射率非均匀性检测

KDP晶体的折射率不均匀性将导致光束的空间分布存在不同程度的相位失配,从而使得三倍频系统的转换效率下降。为了得到KDP晶体折射率非均匀性的高精度检测结果,基于正交偏振干涉法,采用ZYGO MST大口径干涉仪,测量得到了大口径KDP晶体折射率非均匀性分布,其测量精度达到10-7,并通过实验研究了晶体面形对测量结果的影响。对晶体e光折射率非均匀性的高精度检测,为大口径晶体材料生长工艺、加工工艺等改进和提高提供了定量的检测依据。     

超短脉冲倍频中三阶非线性效应的影响及补偿

 为了提高超短脉冲二倍频的转换效率和改善出射倍频光的脉冲形状,对超短脉冲倍频中三阶非线性效应的影响进行了理论分析和数值模拟,并采用初始相位失配的方法来补偿三阶非线性效应的影响。结果表明：用KDP晶体二倍频中心波长为800 nm的超短脉冲,当入射功率密度大于100 GW/cm²时,三阶非线性效应是倍频转换效率的主要影响因素。对脉宽为50 fs,入射功率密度为250 GW/cm²的超短脉冲在KDP晶体（2 mm）中的二次谐波变换,当初始相位失谐0.9 mrad时,转换效率提高了10%,同时由三阶非线性效应引起的强度调制得到明显抑制,出射基频光和倍频光的脉冲形状得到明显改善。     

Effect of spatial refractive-index nonuniformities existed in a large-scale rapid growth KDP crystal on third-harmonic conversion

Effect of spatial refractive-index nonuniformities existed in a large-scale rapid growth KDP crystal (a type I frequency doubler at the wavelength of 1053 nm) on third-harmonic conversion is studied. Spatial refractive-index nonuniformities due to imperfections in the crystal structure which prohibit the attainment of phase matching at all locations in the crystal are measured with the orthogonal polarization interferometry technique. And a third-harmonic conversion experiment is conducted on a large-scale facility to investigate the influence of refractive-index nonuniformities on conversion efficiency and third-harmonic beam nearfield. According to the experimental results, refractive-index nonuniformities in this large-scale rapid growth KDP doubler do not reduce the third-harmonic conversion efficiency, but affect the third-harmonic beam nearfield.     

Study of second harmonic generation by non-linear crystals with phase conjugation

We present the correction of the phase distortion which occurs during the second harmonic generation by non-linear crystals, such as KDP and KTP at high average power laser. This is due to the optical quality and thicknesses of the crystals which in turn influence the quality of the incident laser beam. This phase distortion is corrected by reflecting back the laser beam into the crystal using a phase conjugate mirror. It is found that the conversion efficiency of second harmonic generation without phase conjugation is more than that with phase conjugation. Far field pattern shows that the distortion of the laser beam can be corrected by using the phase conjugate mirror. Fidelity of the beam profile increases significantly with phase conjugation in the case of KDP crystal.     

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。     

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。     

KDP晶体金刚石车削参数对晶体雾化的影响

安装在高功率激光系统中的KDP晶体,其表面质量是一个很重要的问题。单点金刚石车削是唯一获得透射波前误差和激光损伤阈值的方法,尤其是在紫外UV波段。KDP晶体表面雾化与金刚石车削参数有关。研究金刚石车削参数主要是为了提高KDP晶体的频率转化效率。研究结果表明,在金刚石切削中使用一种纯净的切削油和适宜的加工参数能大大地减少晶体表面的雾化。