BBO，LBO，KDP晶体光参量啁啾脉冲放大特性的比较研究

 对BBO，LBO，KDP晶体I类非共线匹配下的光参量啁啾脉冲放大的相位匹配、参量范围、增益特性等进行了理论分析，重点对BBO和LBO的光参量啁啾脉冲放大特性进行了比较。结果表明对于以光参量啁啾脉冲放大系统代替800nm中心波长的Ti:sappire再生放大系统，用BBO晶体可获得更宽的增益带宽，而对1 053nm中心波长的种子光用LBO晶体更好。     

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.     

基于预啁啾控制的极宽带光参量放大

在以飞秒钛宝石放大系统的倍频光为抽运光和超连续白光为信号光的光参量放大中,针对抽运光的宽带特点,分析了一种新的极宽带相位匹配方法.结果表明,10nm的抽运光带宽可得到近400nm的相位匹配带宽,若抽运光带宽达到20nm,相位匹配带宽就能达到近600nm.零色散波长为800nm的光子晶体光纤产生的超连续谱经光纤传输后为二次啁啾,宽带抽运光经棱镜对展宽具有线性啁啾,满足了极宽带相位匹配方法所需要的光谱分布.理论计算了对输入脉冲进行预啁啾控制应选择的光纤长度和棱镜对在光路中的插入量,为实现极宽带光参量放大提供了 关键词： 啁啾 极宽带相位匹配 光参量放大 光子晶体光纤     

第Ⅰ类BBO晶体中的参量荧光空间特性理论研究

 采用第Ⅰ类相位匹配BBO晶体的放大传递函数方法,分别对光参量放大过程中单波长信号光注入和多波长信号光注入出现的参量荧光的空间特性进行了详细的理论研究。结果表明:一方面单波长信号光注入时,在某一特定的非共线角和相位匹配角下,它是以泵浦光为中心,呈锥形分布的,而在其它相位匹配区域内,则呈环形分布;另一方面,在多波长信号光入射情况下,参量荧光的光谱在某一特定的相位匹配角下集中分布在很宽的范围内,而在其余相位匹配区域内,参量荧光光谱呈分散分布状态。该结论对于光参量放大中三波群速失配的补偿,高增益和窄脉冲宽度的参量光的产生以及对于参量荧光的控制提供了理论依据,并且对于近年来量子图像处理和量子通讯等领域所关注的纠缠光场的产生也具有参考价值。     

微弱光学图像的光参量放大特性的研究

研究了微弱光学图像在光参量图像放大中的放大特性,分析了相位匹配和晶体的空间频率带宽对图像信号增益的影响,从实验上验证了不同的相位匹配时输入图像信号在傅里叶平面上的增益分布.结果表明,当晶体的空间频率带宽大于输入图像信号的空间频率带宽且完全相位匹配时,光参量图像放大器能够对输入图像信号实现无失真、高增益的理想放大;有相位失配时,图像信号的增益峰值向高空间频率范围移动,并且在峰值附近范围变窄,随相位失配量大小的变化能够对图像信号光场中某特定空间频率实现放大,对图像信号进行滤波处理,突出图像特定频率的信息,实现图像边缘增强.     

输出13.5fs激光脉冲的非共线式光参量放大器

利用BBO晶体在400nm的抽运光与信号光夹角为37°时,可同时在可见光范围内很宽的光谱范围里实现相位匹配的特点,实现了在可见光范围内具有极宽输出光谱宽度的飞秒光学参量放大器(OPA)的稳定运转,其输出脉冲能量大于15μJ,转换效率超过15%.并且在仅采用啁啾镜作为脉冲压缩器的情况下,获得了输出脉冲宽度为135fs的极窄光脉冲,其脉冲宽度压缩比高达22倍 关键词： 非共线相位匹配 光学参量放大 啁啾镜     

基于预啁啾控制的极宽带光参量放大

在以飞秒钛宝石放大系统的倍频光为抽运光和超连续白光为信号光的光参量放大中，针对抽运光的宽带特点，分析了一种新的极宽带相位匹配方法.结果表明，10nm的抽运光带宽可得到近400nm的相位匹配带宽，若抽运光带宽达到20nm,相位匹配带宽就能达到近600nm.零色散波长为800nm的光子晶体光纤产生的超连续谱经光纤传输后为二次啁啾，宽带抽运光经棱镜对展宽具有线性啁啾，满足了极宽带相位匹配方法所需要的光谱分布.理论计算了对输入脉冲进行预啁啾控制应选择的光纤长度和棱镜对在光路中的插入量，为实现极宽带光参量放大提供了     

高效三通光参量啁啾脉冲放大器

为了提高信号光与抽运光在时域上的匹配,提高放大系统的增益,提出了三通光参量啁啾脉冲放大的方法。实验中,信号光在一块晶体内被一抽运光在完全相位匹配的条件下放大了三次,总放大增益为3.7×107,能量晃动小于3%rms,放大后的信号光谱宽为30nm,压缩后的信号光脉宽为82fs。实验结果表明:采用三通光参量啁啾脉冲放大方法,有效地抑制了放大过程中参量荧光对放大过程的影响,在抽运光强为350MW/cm2时,参量荧光仅占输出总能量的1%。     

大信号增益区的宽带OPCPA系统特性分析

 利用大啁啾信号光脉冲的光谱在时域内的分布特点,采用四阶龙格-库塔算法对宽光谱的光参量啁啾脉冲放大（OPCPA）激光器特性进行了数值分析。以LBO晶体为增益介质,信号光脉冲宽度取100 ps、啁啾系数为1 000,中心波长为800 nm;泵浦光的中心波长为532 nm,脉宽为100 ps。数值计算结果表明：信号光的非线性相位变化的中心部分为线性分布区,且随增益饱和的程度增大而增大;系统的功率转换效率有准振荡结构,且其第一个极值点为系统能量最大的转换率点;随着系统进入增益饱和区,压缩光脉冲的对比度明显降低,预脉冲长度显著增大。     

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     

非单色光抽运的光参量啁啾脉冲放大的带宽及增益特性研究

采用傅里叶变换的方法将脉冲光分解成不同的频率成分,建立了非单色光抽运的光参量放大耦合方程组的数值求解模型.研究了非单色抽运光对光参量啁啾脉冲放大的小信号增益、大信号增益以及增益带宽的影响.非单色抽运光降低参量放大的增益水平,但同时可提高增益带宽,且抽运光谱宽越宽,对增益带宽的提高作用越大.还进一步从相位失配和参量带宽的角度分析了非单色抽运光使参量放大的增益降低、带宽增大的原因. 关键词： 光参量啁啾脉冲放大 非单色光 增益带宽 飞秒激光     

堆积脉冲光参量啁啾脉冲放大器

以自启动被动锁模掺镱光纤堆积脉冲激光器为种子源,采用非共线相位匹配的方法,进行了光参量啁啾脉冲放大器的实验研究,得到了两级放大总增益为1.1×107,单脉冲能量为11mJ,能量稳定性小于2%rms,8nm的放大谱宽.实验结果表明,采用这种结构的光参量啁啾脉冲放大器,放大增益高,系统稳定、结构紧凑、便于调节,同时通过调节种子源中的堆积器,可以得到不同宽度的放大信号脉冲.     

双轴晶体光学参量放大的研究

介绍了新近提出的光学啁啾脉冲参量放大技术,并以高增益、宽谱带的双轴非线性晶体LBO为例,研究了抽运光和信号光的相位匹配的关系、增益、增益带宽、匹配角的选择,以及增益随晶体长度变化的趋势和双曲正割和高斯脉冲输入非线性晶体前后变化的情况。     

堆积脉冲光参量啁啾脉冲放大器

以自启动被动锁模掺镱光纤堆积脉冲激光器为种子源,采用非共线相位匹配的方法,进行了光参量啁啾脉冲放大器的实验研究,得到了两级放大总增益为1.1×107,单脉冲能量为11 mJ,能量稳定性小于2％ rms,8 nm的放大谱宽.实验结果表明,采用这种结构的光参量啁啾脉冲放大器,放大增益高,系统稳定、结构紧凑、便于调节,同时通过调节种子源中的堆积器,可以得到不同宽度的放大信号脉冲.     

双泵浦光子晶体光纤参量放大研究

利用光子晶体光纤在不同零色散波长附近具有不同色散的特性,研究了在零色散波长为780 nm和1550 nm附近的双泵浦光子晶体光纤参量放大过程.在780 nm附近,讨论了零色散波长变化对双泵浦光子晶体光纤参量放大的影响.数值模拟结果表明:当零色散波长发生微小的变化时,信号增益谱带宽会发生很大的变化.当两泵浦光之间的波长差值减小时,零色散波长的变化对参量放大的影响在很大程度上可以得到抑制,但是增益带宽会有一定的减小.依据这一原理,在1550 nm附近设计光子晶体光纤中的色散平坦光纤参量放大,在5 m长的光子晶体光纤中,当峰值功率为10 W时,得到了增益为65 dB,带宽达到420 nm且极为平坦的增益谱.     

非共线相位匹配LBO飞秒光参量放大器的理论分析

对非共线相位匹配LBO飞秒光参量放大器的参量特性进行了分析,结果表明利用这种参量放大器不仅可以实现高的参量增益,还可以获得极宽的参量带宽.因此它特别适合以纳秒级高功率激光作为抽运光,利用OPCPA技术放大飞秒脉冲.     

基于交叉泵浦的受激电磁耦子散射非共线相位匹配方法

提出一种基于交叉泵浦实现受激电磁耦子散射的非共线相位匹配的方法，获得频率可调谐的窄带Stokes光输出。根据参量放大理论，推导出交叉泵浦受激电磁耦子散射的单程放大增益效率表达式，揭示了交叉泵浦实现受激电磁耦子非共线相位匹配的物理机制。实验上采用泵浦光在晶体侧面全反射的方式构建交叉泵浦，通过旋转晶体改变泵浦光全反射角，实现相位匹配条件的改变和输出Stokes光频率的调谐。输出Stokes光线宽为0.17 nm，波长调谐范围为1 068～1 076 nm。在15 mJ的泵浦能量下的输出能量为1.07 mJ，能量转化效率为6.8%。本研究为非线性参量转换过程中的相位匹配方法提供一种方案参考，尤其适用于泵浦光脉宽小于纳秒量级的短脉冲情况。     

变栅距光栅实现啁啾脉冲光谱整形

为了充分利用放大介质的增益带宽,获得脉宽更短,功率更高的输出脉冲,需要将输入到主放大链的种子脉冲进行光谱整形来补偿放大过程中的增益窄化效应。提出了利用变栅距反射光栅实现中心波长1053nm,谱宽6nm啁啾脉冲的光谱整形。运用严格的光栅衍射耦合波理论分析光栅的衍射特性,发现该方案不会引入相位畸变。分别计算和分析了刻槽深度、入射角大小、光栅周期以及入射光波长的变化对衍射效率的影响,通过选取适当的光栅参量可获得0.5%~84%的光谱调制深度。     

光参量荧光寿命分布

 根据荧光寿命定义和放大过程获得的增益方程,研究了新型非线性晶体BaAlBO₃F₂中三种不同的相位匹配模式下中心波长532 nm泵浦的参量荧光光子寿命的分布特性。结果表明,当注入单色信号光时,参量荧光寿命随泵浦光相位匹配角的增加由椭圆体分布变化为圆环体分布。采用宽带信号光时,则由分散分布改变为集中在近200 nm波长范围内分布,并随泵浦光相位匹配角的增加而逐步减小。考虑宽带泵浦光注入情况时,参量荧光寿命的分布范围由于相位匹配范围增加而随之扩展。     

KBe2BO3F2飞秒光参量放大中的群速匹配

提出了KBe₂BO₃F₂ （KBBF）飞秒光参量放大中三波群速完全匹配的方法.对于Ⅰ类相位匹配方式采用非共线结构及倾斜抽运光脉冲波面,对于Ⅱ类相位匹配方式采用共线结构同时倾斜抽运光和信号光脉冲波面,可实现参量带宽最大时三波群速的完全匹配,从而获得更高增益,更窄脉宽的参量光. 关键词： 群速匹配 相位匹配 脉冲波面倾斜 飞秒光参量放大