基于固体介质的倍频程连续光谱产生的研究进展

超快激光经过透明介质时由于非线性作用光谱会得到展宽,甚至能够产生超过一个倍频程的相干超连续光谱,这样的光源能够压缩得到几个甚至单个光周期的超短脉冲,并在现代超快科学的各个领域得到了广泛应用.实验中已经在气体、液体和固体中都观测到了光谱的展宽,目前较为成熟的方法是使用充满惰性气体的空芯光纤和具有高非线性效应的固体材料展宽光谱.但空芯光纤由于芯径限制无法用于高能量激光脉冲的光谱展宽,而固体材料又容易被高功率密度的脉冲激光损坏.随着激光技术的发展其脉冲能量不断提高,一种新的、利用多片薄固体介质实现光谱展宽的方式被提出.多片薄的非线性介质可以实现光谱展宽的逐片累积,而且避免了激光在介质中因自聚焦产生过高功率密度带来的损坏.目前使用这种方法已经在实验上得到了近毫焦尔量级的倍频程光谱,覆盖了近紫外到中红外的整个区域,并实现了脉冲压缩.本文简要回顾了超快激光在固体中光谱展宽的发展历程,概述了新型薄片固态介质产生超连续光谱的原理,对近年来使用此新方法的实验进行了简要分析,并对其发展前景进行了展望.     

5fs驱动激光脉冲的高次谐波选择性优化

研究了在紧聚焦实验条件下, 采用5 fs激光脉冲与氩气相互作用产生的高次谐波特性. 通过优化系统色散、气体靶气压与位置等参数, 观察到在60–73 eV波段范围内高次谐波光谱接近一个量级的增强. 进一步通过对单原子模型和传播方程的数值求解及模拟相位匹配实验参数下高次谐波的产生过程, 发现相位匹配在所观察到的实验现象中起着关键作用, 得到了理论上与实验规律一致的结果. 关键词： 极紫外激光 高次谐波 超快光谱     

基于高次谐波阿秒光源的超快测量技术(特邀)

台式阿秒相干光源在过去20多年取得了飞速的发展,其研究重心已经从早期的产生与测量机理的探索逐渐过渡到了极端时间尺度超快过程的追踪及操控上.目前阿秒时间分辨的谱学技术不仅能实现简单的原子分子体系瞬态过程的直接追踪,还被逐步应用到化学分子、生物分子、固体材料等复杂体系的测量中.本文回顾了基于阿秒光源的超快测量技术的发展,介...     

高次谐波发射中的超拉曼发射

本文研究了单电子分子离子与强激光场相互作用下的高次谐波发射谱。从光谱中观察到除了存在入射激光频率奇数倍的谐波谱线外,还存在其他频率的超拉曼谱线。在理论上阐明了超拉曼谱线不同于高次谐波谱线的物理产生机制。研究发现当体系初态为基态和较高激发态的叠加态时能够较清晰的观察到超拉曼谱线,从而说明激发态电子的布居对超拉曼谱线的产生起着关键作用。因此在实验上,制备一个叠加态使得电子从激发态电离,是观察到超拉曼谱线的重要条件。     

采用双脉冲驱动产生高次谐波阿秒脉冲

提出了采用双脉冲机理来产生阿秒脉冲的方法.研究发现采用双脉冲不仅可以产生单个的阿秒脉冲，从而突破目前产生阿秒脉冲的驱动源（几个飞秒的超短激光脉冲）的能量限制，而且在相同的峰值强度下，双脉冲能够产生强度更高的阿秒脉冲. 关键词： 阿秒脉冲 双脉冲机理 高次谐波     

激光与固体靶作用产生高次谐波的振荡镜面模型

利用振荡镜面模型解析地研究了激光与固体靶相互作用产生高次谐波的物理过程.比较了利用镜面模型的结果与粒子模拟及实验结果的异同，说明了振荡镜面模型的局限性. 关键词： 高次谐波 振荡镜面模型 激光     

7 fs超快强激光驱动Ar原子产生支持单个阿秒脉冲的高次谐波连续谱

采用脉冲宽度为7 fs,脉冲能量为0.4 mJ的超快强激光脉冲与气体盒子中Ar原子作用获得了高次谐波截止区连续谱,并发现当驱动激光稳定在不同的载波包络相位时,高次谐波的谱结构、谱调制深度和连续谱的带宽都有很大区别。在某些载波包络相位时获得了平滑的连续谱,调制深度小于17%,连续带宽达10 eV,从而支持时域上获得变换极限500 as的单个阿秒脉冲。     

电四极矩对高次谐波产生的贡献

通过数值求解强场近似下单电子原子的含时薛定谔方程,研究了在强线偏振激光场下,氢原子电四极矩对高次谐波产生的贡献.研究结果表明,在强激光场的作用下,在偶极矩的影响下氢原子能够产生奇次谐波,当激光场强度增加到一定值时,氢原子在电四极矩的作用下产生了偶次谐波.根据谐波功率谱和时频分析图并结合半经典三步模型分析了偶次高次谐波产生机制,并对产生的物理现象做出了合理的解释.     

产生短波长高次谐波条件的优化计算

从电离的几率方程出发,得到了适用于任意激光脉冲宽度下原子的饱和激光强度和最高次光谐波光子能量与各激光参数的关系表达式,并由此给出了产生高次谐波的优化条件。解决了当超短脉冲激光的脉冲宽度小于皮秒时,产生高次谐波（HHG）的隧道电离理论中的Ammosov－Delone－Krainov方法对产生高次谐波的饱和激光强度以及最高次谐波光子能量的估算不可靠的问题。     

产生短波长高次谐波条件的优化计算

 从电离的几率方程出发,得到了适用于任意激光脉冲宽度下原子的饱和激光强度和最高次光谐波光子能量与各激光参数的关系表达式,并由此给出了产生高次谐波的优化条件。解决了当超短脉冲激光的脉冲宽度小于皮秒时,产生高次谐波（HHG）的隧道电离理论中的Ammosov－Delone－Krainov方法对产生高次谐波的饱和激光强度以及最高次谐波光子能量的估算不可靠的问题。     

中红外偏振态门驱动产生高效的极宽超连续谱

研究了在中红外偏振态门驱动下高效产生极宽超连续谱的过程.利用波长为2000 nm的偏振态门激光场可以将电子的回复控制在半个光周期内,并且将谐波谱的截止区拓展到270 eV.在偏振态门中加入0.5 fs的紫外控制脉冲,可以对谐波的电离过程进行控制,把谐波的强度提高了4—5个数量级,并得到了谱宽为240 eV的极宽超连续谱.该极宽超连续谱在傅里叶变换极限下支持脉宽仅为16 as的单个脉冲的产生.通过过滤超连续谱中不同次数的谐波,可以得到一系列波长可调的110 as的高强度单脉冲. 关键词： 高次谐波 阿秒 偏振态门 超连续谱     

High stability supercontinuum generation in lead silicate SF57 photonic crystal fibers

We report supercontinuum (SC) generation in a lead silicate SF57 photonic crystal fiber by using a 1550 nm pump source. The effective nonlinear coefficient of the SF57 fiber is simulated to be 111.5 W-1 ·km-1 at 1550 nm. The fiber also shows ultraflat dispersion from 1700 nm to 2100 nm. Our results reveal that with an increase of the average power of the incident pulse from 10 mW to 90 mW, the SC of the SF57 photonic crystal fiber is generated from 1300 nm to 1900 nm with high stability and without significant change in spectral broadening.     

纳米光纤的色散特性及其超连续谱产生

通过数值计算,分析了纳米光纤的色散特性,并比较了纳米光纤中不同直径和不同材料的色散特性.结果表明：二氧化硅纳米光纤有两个零色散波长,随光纤直径的增大,其色散曲线趋于平坦,零色散波长也随之发生改变;硅光纤只有一个零色散波长,且随着直径的增大,零色散波长向长波方向移动.采用广义非线性薛定谔方程来描述超短激光脉冲在纳米光纤中的传输演化过程,利用分步傅里叶方法求解方程.比较了超短脉冲在光纤不同色散区传输时,色散对超连续谱产生的影响以及脉冲波形的演化.在正常色散区,超连续谱谱宽很窄,而在零色散区和反常色散区则可产生 关键词： 色散 超连续谱产生 非线性光学 纳米光纤     

基于光子晶体光纤的百瓦量级超连续谱光源研究

采用脉冲重复频率可调的高功率皮秒脉冲光纤激 光抽运光子晶体光纤产生了平均输出功率为101 W的全 光纤化超连续谱. 通过一系列的对比实验, 详细研究了抽运激光的脉冲重复频率以及光子晶体光纤的长度对超连续谱产生的影响. 最后, 对如何实现更高平均功率的超连续谱输出进行相关的分析和讨论. 相关研究结果可以为进一步发展基于光子晶体光纤的高功率超连续谱光源提供一定的参考. 关键词： 光子晶体光纤 非线性光纤光学 超连续谱产生     

多芯光子晶体光纤高功率超连续谱光源

分析基于单芯光子晶体光纤的超连续谱光源在提升平均输出功率时所面临的问题,指出采用多芯光子晶体光纤作为超连续谱产生介质是一种实现高功率超连续谱产生的潜在方案。使用自制皮秒光纤激光器泵浦一段国产多芯光子晶体光纤,实现了光谱范围750~1700 nm,平均功率42.3 W的全光纤化高功率超连续谱输出。     

全光纤高效超连续谱光源实验研究

报道了一个全光纤的高效率超连续谱产生系统,系统采用增加一段匹配光纤的办法解决增益光纤和光子晶体光纤直接熔接损耗较大的问题,并且对匹配光纤和光子晶体光纤熔接对准过程进行实时监控,使熔接损耗降到最低,从而实现了较高的全系统转换效率(76%)和较好的光束质量。实验研究了超连续光谱展宽的过程,结果显示：超连续谱展宽的初始阶段,拉曼效应和自相位调制效应起主要作用,光谱呈现长波方向展宽较多的非对称性,并出现明显的拉曼斯托克斯峰;光谱继续展宽时,满足相位匹配条件的四波混频开始起作用,拉曼效应产生的加宽光谱成分作为四波混频参量过程的泵浦,使光谱开始向长波和短波两个方向扩展。     

High power supercontinuum generation by dual-color femtosecond laser pulses in fused silica

High power supercontinuum (SC) is generated by focusing 800 nm and 400 nm femtosecond laser pulses in fused silica with a microlens array. It is found that the spectrum of the SC is getting broader compared with the case of a single laser pulse, and the spectral energy density between the two fundamental laser wavelengths is getting significantly higher by optimizing the phase matching angle of the BBO. It exceeds μJ/nm over 490 nm range which is from 380 nm to 870 nm, overcoming the disadvantage of relative lower power in the ranges far from the fundamental wavelength.     

Numerical investigation on broadband mid-infrared supercontinuum generation in chalcogenide suspended-core fibers

As_2S_3 and As_2Se_3 chalcogenide 3-bridges suspended-core fibers(SCFs) are designed with shifted zero-dispersion wavelengths(ZDWs) at around 1.5 μm, 2 μm, and 2.8 μm, respectively. A generalized nonlinear Schr ¨odinger equation is used to numerically compare supercontinuum(SC) generation in these SCFs pumped at an anomalous dispersion region nearby their ZDWs. Evolutions of the long-wavelength edge(LWE), the power proportion in the long-wavelength region(PPL), and spectral flatness(SF) are calculated and analyzed. Meanwhile, the optimal pump parameters and fiber length are given with LWE, PPL, and SF taken into account. For As_2S_3 SCFs, SC from a 14 mm-long fiber with a ZDW of 2825 nm pumped at 2870 nm can achieve the longest LWE of ～ 13 μm and PPL up to ～72%. For As_2Se_3 SCFs, the LWE of 15.5 μm and the highest PPL of ～ 87% can be achieved in a 10 mm-long fiber with ZDW of 1982 nm pumped at 2000 nm. Although the As_2Se_3 SCFs can achieve much longer LWE than the As_2S_3 SCFs, the core diameter of As_2Se_3 SCFs will be much smaller to obtain a similar ZDW, leading to lower damage threshold and output power. Finally, the optimal parameters for generating SC spanning over different mid-IR windows are given.     

双折射光子晶体光纤中超连续谱产生的实验研究

研究了30 fs激光在双折射光子晶体光纤中传输时,泵浦光功率和偏振态对超连续谱产生的影响。实验结果表明:随着泵浦光功率增加,光谱宽度显著增加,出现红移的光孤子和蓝移的色散波;当泵浦光的偏振态分别平行于光子晶体光纤长轴和短轴时,二者都有红移的光孤子和蓝移的色散波,但前者色散波波长更短;当泵浦光偏振态介于长轴与短轴之间,可能在色散波之外出现了交叉相位波,产生的超连续谱最强,且其近场光斑最大且最亮。