Analysis of generation of terahertz radiation by nonlinear mixing of laser frequencies in GaAs crystal

Generation of terahertz (THz) radiation by nonlinear mixing of laser frequencies in GaAs crystal is considered for the case of free and guided propagation of THz waves. In the first case the strong diffraction of the THz radiation leads to the deviation from the known square-law growth of the generator power with increasing crystal length, In the second case the spatial divergence of the exciting laser beam results in the appearance of a maximum in the generated power dependence on the radius of the nonlinear waveguide. According to estimations, the optimal radius of the laser beam is 18 μm for the waveguide length of 6 mm and the maximal generated THz power is ～27 W at the laser beam power of 10 kW.     

Determination of the temporal profile of a terahertz pulse by applying the nonlinear-optical cross-correlation method

The nonlinear-optical cross-correlation method is proposed to determine the temporal profile of the electric field of a pulse terahertz radiation modulating the phase of the basic femtosecond laser pulse in an electrooptical crystal. In this method the measurement of the temporal profile of the electric field of the terahertz radiation pulse is realized in one laser pulse.     

高非线性光子晶体光纤中飞秒脉冲的传输特性和超连续谱产生机制的实验研究及模拟分析

用实验和数值模拟两种方法研究了高非线性光子晶体光纤中飞秒激光脉冲的传输特性和超连续谱的产生机理，给出了抽运脉冲在三种不同中心波长情况下输出光谱展宽并形成超连续谱的实际测量及理论模拟结果.研究表明：在零色散波长抽运时，光谱展宽以自相位调制为主，同时三阶色散的影响明显，传输脉冲在时域内出现振荡次峰.而在反常色散区抽运时，光谱展宽的初期以自相位调制为主，随后根据抽运功率的不同孤子自频移、高阶光孤子的裂变和四波混频效应会逐渐增强，进而成为光谱展宽的主要原因.与此相应，在时域中能明显看到孤子的形成和红移，飞秒传输脉 关键词： 光子晶体光纤 高非线性光子晶体光纤 飞秒脉冲激光 超连续谱     

超连续谱注入飞秒光参量放大实验研究

提出了一种很有特色的基于超连续谱注入的飞秒光参量放大技术,该种技术方法不仅克服了常规1 053 nm脉冲在前端小能量放大时的增益窄化现象,而且可实现800 nm激光和1 053 nm激光的零时间同步。通过系统的实验研究,获得了大于4 mJ的1 053 nm宽带信号光能量     

温度对飞秒激光脉冲在NaCl溶液中成丝产生的超连续谱的影响

利用飞秒激光脉冲在NaCl溶液中成丝,研究了溶液温度对飞秒激光成丝过程中产生的超连续谱的影响.发现在激光脉冲能量较低时,溶液温度对超连续谱的影响几乎可以忽略;而在激光脉冲能量较高时,随着NaCl溶液温度的升高,超连续谱呈现出被压缩的趋势.此外,在激光脉冲能量较高的情况下, NaCl中会产生大量的气泡.通过分析,得出了飞秒激光在溶液中成丝产生的气泡是影响超连续谱发射的主要因素.     

整形飞秒激光脉冲的成丝超连续辐射控制

飞秒激光成丝超连续辐射具有高强度和高时空相干性等优点,作为一种超宽带光源在很多领域都具有广泛的应用前景.本文提出一种结合微透镜阵列的空间调制和基于液晶空间光调制器的时域整形的飞秒激光脉冲整形方式,利用基于遗传算法的反馈优化控制,实现了飞秒激光在熔融石英中成丝产生的超连续辐射强度的调制,得到了在一定范围内光谱强度可控的超连续辐射光谱;光谱的能量密度可以从0.03μJ/nm调制到0.09μJ/nm,其能量密度变化达到了初始值的3倍.计算了典型迭代代数对应的整形脉冲时域包络,分析了超连续光谱随迭代代数的演化趋势,结果表明,脉冲包络的峰值强度和波形分布是影响超连续光谱展宽和强度的主要物理原因.     

飞秒超强激光驱动太赫兹辐射特性的实验研究

强太赫兹源是太赫兹科学技术发展的关键,其中大能量强场太赫兹脉冲源在超快物态调控、新型电子加速器等领域具有重要的应用前景.超快超强激光与等离子体相互作用是近年来发展起来的一种新型的强场太赫兹辐射产生途径.本文报道了利用超强飞秒激光脉冲与金属薄膜靶作用产生太赫兹辐射的实验结果,研究了激光能量和离焦量对靶后太赫兹辐射能量的影响,并通过监测激光背向散射光谱,定性揭示了其变化规律与不同光强下的电子加热机制的相关性.实验表征了太赫兹辐射的频谱、偏振及聚焦光斑情况.测量结果表明,实验产生了脉冲能量达458μJ、聚焦场强高达GV/m量级的超宽带太赫兹辐射,为开展极端太赫兹脉冲与物质相互作用研究提供了一种新的强场太赫兹光源.     

各阶克尔非线性折射率对强激光大气传输的影响

用数值方法研究了各阶克尔非线性折射系数对强激光传输的影响,结果显示第7阶克尔非线性系数和第9阶克尔非线性系数协同影响激光传输,当第7阶克尔效应起作用时,忽略第9阶克尔效应的作用会导致光强随传输距离震荡剧烈,传输非常不稳定。要得到稳定传输需要第7阶克尔非线性系数和第9阶克尔非线性系数同时起作用或同时不起作用。在自聚焦阶段第3阶非线性折射率对折射率改变起主要作用,在稳定光丝传输阶段第7阶克尔非线性系数,第9阶克尔非线性系数起主要作用。第5阶克尔系数在整个传输过程中对折射率的改变一直比较小。     

Improvement of the fiber raman soliton laser for femtosecond optical pulse generation

Femtosecond optical pulses generated from a synchronously pumped fiber Raman soliton laser (FRASL) have been shown to have large excess noise and high background light (i.e., the pedestal) levels. In this paper, to improve the FRASL, the operation characteristics of the FRASL are investigated both theoretically and experimentally. It is shown that real femtosecond soliton oscillation in the FRASL can be obtained only when the soliton self-frequency shift (SSFS) effect in the fibers is suppressed and proper choices of both the Stokes oscillation wavelength and the pump power level are required for the SSFS suppression in the FRASL. By using a tunable all-fiber Raman ring laser, optical pulses as short as 400 fs with a low white AM noise level of -120 dBc / Hz have been generated from the compact FRASL with SSFS suppression. Based on the theoretical analyses, we propose to use an intracavity saturable absorber to prevent the generation of high-level Stokes background light in the FRASL, and the feasibility of this method is shown by numerical simulations.     

对超短脉冲强激光在大气通道中产生的三次谐波偏振特性及白光光谱调制特性的研究

研究了超短脉冲强激光在大气中传输产生电离通道后辐射的三次谐波强度随激光偏振的变化.此外，还研究了产生的白光辐射在短波长上的有规律的谱调制，分析了白光谱调制的产生机理. 关键词： 超短脉冲激光 大气通道 超连续辐射 三次谐波     

飞秒脉冲激光对纳米金属薄膜传导模型的解

研究了一类飞秒脉冲激光对纳米金属薄膜传导模型. 首先求出模型的退化解, 然后利用摄动理论和方法, 得到了相应模型的任意次渐近解. 最后论述了解的渐近性态. 关键词： 飞秒脉冲 激光 渐近性态     

Modeling of terahertz radiation emission from a free‐electron laser

In this article, we report the generation of terahertz (THz) radiation using the interaction of a laser‐modulated relativistic electron beam (REB) with a surface plasma wave. Two laser beams propagating through the modulator interact with the REB, leading to velocity modulation of the beam. This results in pre‐bunching of the REB. The pre‐bunched beam travels through the drift space, where the velocity modulation translates into density modulation. The density‐modulated beam, on interacting with the surface plasma pump wave, acquires an oscillatory velocity that couples with the modulated beam density to give rise to a nonlinear current density which acts as an antenna to give THz radiation. By optimizing the parameters of the beam and the wiggler, we obtain power of the order of 10⁻⁴ using the current scheme.     

基于光纤中超短脉冲非线性传输机理与特定光谱选择技术的多波长飞秒激光的产生

高集成、高可靠性宽调谐飞秒激光源在超快光谱学、量子光学及生物成像等研究与应用领域具有重要价值.如在生物多光子显微成像中,具有适中能量的宽调谐飞秒激光源不仅可满足多种生物组织荧光激发所需的峰值功率与激发波长,而且也可以显著提升非线性荧光产生效率、成像分辨率以及增大成像穿透深度.采用自主研发的高可靠性全保偏光纤飞秒激光器作为抽运源,基于低色散光纤中高峰值功率飞秒激光脉冲非线性传输引起的光谱加宽机制,本文开展了多波长全光纤飞秒激光产生技术研究.通过采用中心波长在980, 1000,1050, 1070与1100 nm的带通滤波片选择性地对单模光纤输出光谱中最左边与最右边光谱旁瓣进行滤波,在上述中心波长处分别可获得203, 195, 196, 187与194 fs的激光输出.本文提出的基于全光纤飞秒激光脉冲在单模光纤中非线性传输引起的光谱加宽机制与特定光谱选择技术的实验方案为高集成、高可靠性宽调谐飞秒激光源的实现提供了新的研究途径.     

飞秒光脉冲在光子晶体光纤中的非线性传输和超连续谱产生

采用分步傅里叶方法数值模拟了飞秒光脉冲在光子晶体光纤中非线性传输和超连续谱的产生. 计算和分析了高阶色散和非线性效应对超连续谱形状和带宽的影响. 结果表明在光子晶体光纤中产生了孤子自频移现象. 同时也发现脉冲内拉曼散射和自相位调制的联合作用导致了超连续谱中精细结构的出现. 另外，还发现高阶色散和初始光脉冲的峰值功率对超连续谱的带宽和平滑也有直接影响. 关键词： 光子晶体光纤 孤子自频移 超连续谱     

飞秒激光在光子晶体光纤中产生超连续光谱机制的实验研究

报道了利用零色散在780nm处的光子晶体光纤与纳焦耳量级的飞秒激光脉冲相互作用的实验结果.实验使用35fs，中心波长810—840nm，单脉冲能量可达14nJ的飞秒激光光源获得了超过一个倍频程的平坦超连续光谱（500—1100nm）.在不同功率、不同中心波长、不同啁啾和有无直流成分的多种飞秒脉冲激光的条件下，研究了超连续光谱的产生情况.并对一系列现象进行了对比，分析了超连续光谱产生的机制. 关键词： 光子晶体光纤 飞秒脉冲激光 超连续光谱     

飞秒激光改性6H-碳化硅晶体表面光电导增益现象研究

半绝缘6H型碳化硅(6H-SiC)具有高电阻率性质,在可见光照射下进行光电导测量时,通常光生电流很小;然而经过飞秒激光辐照改性之后,发现在可见光波段的光电导有明显的增益.本文利用紫外-可见-近红外吸收谱、X射线光电子能谱和发光光谱测量分析了激光改性之后碳化硅样品的光谱吸收、发射和晶体元素比例变化情况.分析认为碳化硅光电导增益的原因是飞秒激光辐照过程改变了碳化硅表面的硅碳元素的原子浓度比,形成新的物质结构形式,从而导致了表面光电导性能的提高.     

Aerosol scattering of supercontinuum radiation formed upon femtosecond laser pulse filamentation in the atmosphere

We report numerical calculations of scattering and backscattering efficiency factors of water droplets illuminated by a quasi-white light radiation (a supercontinuum radiation) that results from self-focusing of a high-power femtosecond laser pulse in the atmosphere. The behavior of these integral optical characteristics for a wide range of droplet sizes that covers the size spectra of fog and cloud particles is analyzed. The results are compared to the values of the scattering factors obtained by the Lorentz-Mie theory.     

Three-dimensional simulation on explosions of hydrogen atomic clusters irradiated by an intense femtosecond laser pulse

Using classic particle dynamics simulations, the interaction process between an intense femtosecond laser pulse and icosahedral hydrogen atomic clusters H_{13}, H_{55} and H_{147} has been studied. It is revealed that with increasing number of atoms in the cluster, the kinetic energy of ions generated in the Coulomb explosion of the ionized hydrogen clusters increases. The expansion process of the clusters after laser irradiation has also been examined, showing that the expansion scale decreases with increasing cluster size.     

电子在激光驻波场中运动产生的太赫兹及X射线辐射研究

采用单电子模型和经典辐射理论分别对低能和高能电子在线偏振激光驻波场中的运动和辐射过程进行了研究. 结果表明: 垂直于激光电场方向入射的低速电子在激光驻波场中随着光强的增大, 逐渐从一维近周期运动演变为二维折叠运动, 并产生强的微米量级波长的太赫兹辐射; 高能电子垂直或者平行于激光电场方向入射到激光驻波场中, 都会产生波长在几个纳米的高频辐射; 低能电子与激光驻波场作用中, 激光强度影响着电子的运动形式、辐射频率以及辐射强度; 高能电子入射时, 激光强度影响了电子高频辐射的强度, 电子初始能量影响着辐射的频率; 电子能量越高, 产生的辐射频率越大. 研究表明可以由激光加速电子的方式得到不同能量的电子束, 并利用电子束在激光驻波场的辐射使之成为太赫兹和X射线波段的小型辐射源. 研究结果可以为实验研究和利用激光驻波场中的电子辐射提供依据.     

飞秒激光与固体靶相互作用中光辐射时间特性的实验研究

为了探索光辐射的时间特性, 在100 TW掺钛蓝宝石飞秒激光器上利用光学条纹相机, 分别在靶背表面法线方向测量了光辐射的时间积分和时间分辨成像光斑. 实验测量结果显示: 光辐射时间积分成像光斑呈长条状, 而辐射区域有发散角、有光强分布, 包含多种辐射成分; 光辐射的时间分辨成像光斑进一步证明, 渡越辐射(TR) 是信号强而快, 持续时间短, 为皮秒(ps) 量级, 是最先到达屏幕上, 并推算出相应的持续时间为85.5ps. 其他成分光辐射是信号弱而慢, 持续时间长, 为纳秒(ns) 量级, 是最后到达屏幕上. 光辐射的时间特性能为鉴别和判断TR信号提供了新的依据.