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。     

BBO晶体中级联非线性效应的实验研究

采用800 nm和400 nm两束飞秒激光脉冲在BBO晶体中同时满足相位匹配条件,产生差频、和频及其级联效应.实验运用了中心波长800 nm、重复频率10 Hz、脉宽60 fs及光斑直径7 mm的钛蓝宝石再生放大飞秒激光,输出约为10 mJ的能量以7:3分束.其中7 mJ光脉冲用一块非线性晶体BBO倍频至400 nm获得1.45 mJ能量,然后与另一束800 nm的3 mJ基频激光以非共线方式注入到另一块BBO中,在兼顾和频与差频的相位匹配条件下,即晶体对于和频与差频相位匹配状态同时存在少量失谐时,会同时产生267 nm与800 nm的和频与差频效应,新产生光波与原入射激光脉冲又经过进一步非线性混频作用,最终得到多达10余束可见、紫外的一维列阵.分析了此级联非线性效应的产生机理并讨论了入射光强度,啁啾,延迟等因素对级联效果的影响.     

飞秒掺钛蓝宝石激光三倍频理论和实验研究

从理论和实验上分别研究了飞秒掺钛蓝宝石激光二倍频和三倍频的非线性频率转换过程.采 用Ⅰ类相位匹配非共线和频方法得到飞秒掺钛蓝宝石激光的三倍频2601nm输出，转换效 率达64%, 脉冲宽度为169fs.这为时间分辨电子显微镜提供了一种超短脉冲的紫外光源. 关键词： 飞秒激光 三倍频 时间分辨 BBO晶体     

声光可调谐滤波器(AOTF)消色散设计

介绍了非共线声光可调谐滤波器的构成及基本原理,计算了非共线声光可调谐滤波器衍射出的±1级衍射偏振光的偏转角,采用在光路中添加光楔的方法补偿非共线声光可调谐滤波器晶体色散引起的图像漂移.分析结果表明使用TeO_2材料设计的光楔在楔角为7.6°的时候可以控制图像漂移在一个像元以内,并在400～900 nm的工作波段范围内满足稳定成像的要求.     

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。     

神光-Ⅱ装置三倍频实验中靶场单元技术的改进

 主要介绍为了满足神光-Ⅱ高功率激光装置三倍频光（351nm，3ω）的物理实验要求，靶场三倍频模拟光源和瞄准监视系统两个主要单元技术的改进，即三倍频模拟光源由基频光（1 053nm，3ω）通过腔外的KTP+BBO晶体倍频获得，再经八路分光系统和主激光耦合；瞄准监视系统由透射式光学系统改进为反射式光学系统，避免原系统存在较大的色差，提高瞄准精度。     

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.     

高效率LD端面抽运准连续355nm激光器

报道了一台激光二极管(LD)端面抽运Nd∶YVO4晶体腔内倍频和腔外和频相结合的声光调Q准连续355 nm紫外激光器。采用LD端面抽运双侧翼键合YVO4基质的Nd∶YVO4晶体,在腔内置入Ⅰ类相位匹配的LiB3O5(LBO)晶体进行倍频实现1 064 nm和532 nm双波长准连续激光输出,通过消色差透镜将双波长激光聚焦耦合到Ⅱ类相位匹配的LBO晶体中进行和频,并采用双向和频光路,获得了高效率、高光束质量、高重复频率的准连续355 nm紫外激光输出。在抽运功率为28.6 W、重复频率为20 kHz时,355 nm激光最大输出功率4.2 W,脉宽为20.6 ns,光-光转换效率为14.7%,激光器光束质量因子Mx2和My2分别为1.29和1.23。     

全固态飞秒激光高光束质量三倍频研究(特邀)

对全固态飞秒激光三倍频产生高光束质量343 nm飞秒激光进行了系统研究。基频光源为脉冲宽度为105 fs、重复频率为76 MHz、中心波长为1 030 nm的商用Yb:KGW锁模激光器,利用1.7 mm长LBO晶体获得60%的二倍频转换效率,然后分别研究了基于BBO晶体Ⅱ类相位匹配和Ⅰ类相位匹配的三倍频产生。在基频光功率为5 W的条件下,利用Ⅱ类相位匹配的BBO晶体,获得的最大平均功率为0.71 W,三倍频转换效率约为14%;利用Ⅰ类相位匹配的BBO晶体,获得平均功率为1.01 W的紫外激光输出,三倍频转换效率为20.2%。获得的343 nm紫外激光的光束质量优于1.3。     

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。     

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%.     

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     

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。     

大气色散对4m望远镜成像分辨力的影响与校正

本文分析研究大气色散对4 m望远镜成像系统分辨率的影响及校正方法。首先计算分析了大气色散对其成像分辨力的影响,计算结果表明,天顶角大于15°时,大气色散开始影响系统成像分辨力,天顶角大于45°时,对系统成像分辨力有着较为严重的影响,需要设置大气色散校正器来进行消除。本文列举了3种大气色散校正器的实现形式,分别比较了它们的优缺点,最后选择了胶合棱镜旋转补偿的形式来消除大气色散对4 m望远镜高分辨力成像系统的影响。基于4 m望远镜高分辨力成像系统的特点,将大气色散校正器放置于成像元件前的平行光路中,并利用光学设计软件对不同天顶角与大气色散校正器的旋转角度进行了仿真分析,该大气色散校正器的最大楔角为9.65°,旋转精度为±0.1°,对系统分辨力影响为1/1 000。分析结果表明,旋转精度完全能够满足系统成像分辨力的要求,证明本文对大气色散的影响分析和大气色散校正器的设计是有效的。     

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.     

体布拉格光栅外腔半导体激光器的光栅旋转角度容差

采用步进电机控制光栅角度,对200 m和600 m圆柱透镜准直的体布拉格光栅（VBG）外腔单管C封装半导体激光器进行了系统研究。实验结果表明:激光二极管（LD）驱动电流越大,准直效果越好,VBG的角度调整容差越小;快轴方向的准直效果越好,慢轴方向的光栅调节角度容差越大;对于衍射效率28%、厚1.4 mm的光栅,LD快轴发散角为7.3 mrad时,快轴方向的角度容差不大于3.2 mrad,慢轴方向的角度容差较快轴大约一个数量级。     

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.     

可调谐掺钛蓝宝石激光器的一种新型倍频器

介绍掺钛蓝宝石激光器的一种新的倍频系统,利用色散棱镜对把不同频率的激光从窨色散开,然后利用透镜使这些光从不同方向入射到ＢＢＯ晶体上,这些方向恰 好是这些光的ＢＢＯ晶体上的相位匹配角,从而不需倍频晶体在掺钛蓝宝石激光器的可调谐范围内均实现角度相位匹配。     

飞秒光参量放大中三波群速失配的补偿

为了消除群速失配对参量放大的不利影响，描述了利用脉冲波面倾斜与非共线相位匹配相结 合，完全补偿飞秒光参量放大（OPA）中三波群速失配的新方法.计算了在BBOⅠ类、Ⅱ类相 位匹配条件下， 三波实现群速匹配时，相位匹配角、脉冲波面倾斜角以及非共线角随信号 光波长的变化.并分析了三波群速匹配对空间走离长度、参量增益和参量带宽的影响.结果表 明，在BBOⅠ类、Ⅱ类相位匹配条件下，利用该方法均能实现飞秒OPA连续调谐时三波的群速 匹配，从而大大增加了三波的有效互作用长度，为能够获得高增益，窄脉宽的参量光脉冲提 供了理论依据和指导. 关键词： 群速匹配 脉冲波面倾斜 非共线相位匹配 飞秒光参量放大