新型光学晶体KABO的非线性频率变换特性

简述了新型非线性晶体KABO的光学特性.根据相位匹配角公式、非线性有效系数公式、走离角公式和允许角公式,详细计算了KABO晶体倍频时的相位匹配角、非线性有效系数、倍频时谐波走离角、允许角随波长变化的理论曲线.特别是对LD泵浦掺钕的全固态激光器532 nm输出时,得到了KABO晶体采用I类相位匹配进行四倍频的相位匹配角、非线性有效系数、倍频时谐波走离角、允许角分别为:58.1°、0.254×10^-12m/V、2.8°、1.8233 mrad·mm;并将该晶体与目前可应用于紫外倍频的晶体比较,在考虑走离效应的情况下,研究了四倍频转换效率随KABO晶体长度、基频光光斑半径的变化规律.     

离轴拉盖尔-高斯涡旋光束传输中的光斑演变

在产生涡旋光束过程中, 固体激光器所输出的光束中心 很难与螺旋相位板的中心完全对准, 实际出射的光束为离轴涡旋光束. 在衍射理论的基础上, 对离轴涡旋光束的传输进行了研究, 推导了离轴涡旋光束传输一段距离后电场和光强的解析表达式.研究表明, 与理想的涡旋光束不同, 离轴涡旋光束具有非对称性的光强分布, 在传输过程中光斑除了展宽外, 涡旋暗核还会发生移动. 拓扑电荷数的大小只影响到光束的展宽, 拓扑电荷数为正时, 暗核沿着逆时针切线方向移动; 拓扑电荷数为负时, 暗核沿着顺时针的切线方向移动, 该结果对长距离探测涡旋光束的对准问题起到指导作用.     

离轴径向偏振光束及其传输特性

基于Wolf近轴传输理论, 导出离轴径向偏振光束光强的解析表达式, 并研究离轴量对离轴径向偏振光束传输中光强分布的影响, 同时根据一阶矩质心位置的定义推导出离轴径向偏振光束的质心坐标, 研究其质心位置的变化规律. 结果表明, 与径向偏振光束不同, 离轴径向偏振光束在近场处传输时光强分布不均匀, 随着传输距离的增加, 光强分布均匀性逐渐得到改善, 而径向偏振光束在传输中始终保持空心对称光斑. 离轴量较小时, 近场处光强分布呈非对称空心面包圈形, 随着传输距离增达到一定程度, 光强分布演化为对称空心面包圈形, 离轴量越小, 演变距离越短; 离轴量较大时, 随着光束的传输离轴径向偏振光束的空心部分消失, 逐渐由空心面包圈形向高斯型演变, 径向偏振光束特性消失. 另一方面, 离轴径向偏振光束的质心不随传输距离的改变而改变. 质心纵坐标恒为零, 质心横坐标与光斑尺寸及离轴量相关. 随着光斑尺寸增大, 质心横坐标成线性增长. 当离轴量较小时, 质心横坐标随离轴量的增大呈非线性增长, 增长量不明显; 离轴量较大时, 质心横坐标随离轴量的增大呈线性增长, 且变化明显.     

离轴高斯涡旋光束的深聚焦特性

基于德拜矢量衍射积分理论,对离轴高斯涡旋光束经过大数值孔径透镜后聚焦场的特性进行了研究,获得了离轴高斯涡旋光束深聚焦后复振幅分布函数,在此基础上对离轴高斯涡旋光束深聚焦场的光强和相位分别进行了分析.数值模拟结果表明:离轴距离的改变对高斯涡旋光束在焦平面上的光强分布和相位分布会产生影响,离轴距离的增加会加剧聚焦场光强在y轴方向上分布的差异,而离轴距离的符号决定了光强集中区域的方向.另一方面,与一阶离轴涡旋光束不同,高阶离轴涡旋光束经过深聚焦后会发生暗核分裂现象,出现多个相位奇点,奇点个数等于原始光束对应的拓扑荷数,且分裂后的奇点具有明显的对称性.研究表明,这种暗核分裂现象由大数值孔径透镜深聚焦引起.     

离轴光线对电光晶体退偏的影响

 对离轴光线通过电光晶体时产生的退偏情况作了理论和实验研究。理论计算表明：当晶体厚度一定时，退偏损耗在一定范围内随离轴角度的增加而增加，随着入射光偏振方向偏离竖直方向的增大而增大。采用厚度为10mm的KDP晶体，实验测试了入射光偏振方向在竖直方向以及同竖直方向成45°时的退偏损耗。实验结果与理论计算的结果符合较好。     

强会聚入射时，BBO晶体倍频效率和束腰半径的关系

研究了强会聚绿光高斯光束入射到BBO晶体中的紫外倍频过程,建立了相应的倍频理论模型. 模型综合考虑了高斯光束的发散,BBO晶体的倍频接受角以及紫外光的走离效应等因素的影响. 理论计算了倍频效率和倍频光的远场分布,并通过实验验证了理论分析结果. 关键词： BBO晶体紫外倍频 高斯光束 倍频接受角 远场光斑     

部分相干离轴涡旋光束在大气湍流中的光强分布

根据广义惠更斯-菲涅耳原理以及交叉谱密度函数,利用Kolmogorov湍流谱推导得到部分相干离轴涡旋光束在大气湍流中传输时光束的光强分布表达式,讨论了离轴距离、拓扑荷数、束腰宽度、相干长度、传输距离、湍流强度参数对光强分布的影响。仿真结果表明,拓扑荷数的大小不会改变暗核的位置;离轴距离的正负号决定了暗核移动的方向和光强集中区域的方向;暗核向上移动的距离随相干长度、束腰宽度的增大而减小,随传输距离、湍流强度的增大而增大;光斑展宽随相干长度、束腰宽度、传输距离、湍流强度的增大而增大。     

Ba1-xB2-y-zO4SixAlyGaz晶体和频可调谐深紫外飞秒激光器

介绍了一种基于新型非线性晶体Ba_1-xB_2-y-zO₄Si_xAl_yGa_z 的可调谐深紫外飞秒激光光源. 从理论上分析了基频光和倍频光在通过非线性晶体时所造成的空间走离和群速度失配, 为了补偿空间走离以及波长调谐过程中晶体折射造成的光束偏离现象, 将两块相同的倍频晶体成镜像放置来产生二次谐波. 并调节延迟线的长度来补偿基频光和倍频光之间的群速度失配, 从而提高和频转换效率. 然后通过和频方式进行三倍频和四倍频来突破晶体相位匹配条件的限制, 产生了波长低于200 nm的深紫外飞秒激光. 利用钛宝石激光器提供基频光光源, 最终在250–300 nm, 192.5–210 nm 范围内获得了高重频、可调谐超短脉冲紫外和深紫外激光. 并在基频光波长为800 nm时, 得到的二倍频、三倍频和四倍频的功率分别为1.28 W, 194 mW和5.8 mW, 相对于前一级的转换效率依次为46.14%, 15.16%和3%. 采用互相关法测量得到266.7 nm紫外激光的脉冲宽度约为640.4 fs.     

空间走离和相速度补偿的高效飞秒脉冲倍频

采用两块大小均为10 mm×10 mm×0.2 mm的BBO晶体级联的实验方案对中心波长为800 nm、脉宽70 fs、重复频率10 Hz的激光进行了倍频,针对BBO晶体的空间走离和相速度失配,分别调节两块倍频晶体的光轴夹角和基频光的角度匹配失谐量.实验表明,两块倍频晶体光轴反向平行可以补偿空间走离效应,一定的角度失谐可以补偿基频光和倍频光的相速度失配.在无聚焦情况下,使用两块BBO晶体级联相互配合优化将8.1 mJ的入射基频光倍频后得到带宽6.7 nm(傅里叶转换极限脉冲宽度为35 fs)、2.8 mJ以上的倍频光.其倍频效率高达35.7%,是同等条件下单块晶体倍频转换效牢的1.7倍.     

周期极化铌酸锂波长转换器脉冲抽运时的波形畸变

理论分析了周期性结构的LiNbO3晶体(PPLN)光波导在脉冲光抽运时的级联二阶非线性效应,并通过数值计算得到了抽运、倍频、信号及转换四个光脉冲的波形在波导中的演化。研究表明,使用脉冲光抽运时,由于抽运光脉冲与倍频光脉冲之间的群速度失配导致的走离,将使倍频光脉冲产生展宽;再通过差频转换使得转换光脉冲产生了波形畸变和峰值偏移。最后通过实验验证了转换光脉冲的波形畸变。     

Walk-off and pump energy dependence of transverse beam profiles on traveling-wave parametric generation

The phase-matching angle and pump energy dependence of transverse beam profiles on traveling-wave parametric generation in KTiOPO₄ crystals are numerically calculated and compared with the previously measured results. It is found that the idler beam profile stretches in its walk-off direction and the signal beam profile stretches in the opposite direction as the idler walk-off angle becomes large due to the walk-off and back-conversion effects in the propagation process. It is also found that, even if walk-off does not exist, the transverse beam profile has a manifold ring shape as the pump energy is increased due to repeated conversion and back-conversion.     

单轴晶体Ⅰ类相位匹配时的转换效率分析

 在考虑了二次谐波的吸收对转换效率影响的情况下,由光在介质中的波动方程,推导出负单轴晶体Ⅰ类相位匹配时平面二次谐波的耦合波方程和二次谐波转换效率的理论公式。在此基础上,再考虑走离效应的影响,给出了二次谐波转换效率的理论公式。根据这些公式,以负单轴晶体K₂Al₂B₂O₇（KABO）为例,对二次谐波的转换效率进行了数值计算。结果表明：考虑二次谐波的吸收时,存在倍频晶体长度的最佳值,当倍频晶体取该值时,二次谐波的转换效率最高;走离效应的存在使二次谐波的转换效率降低。     

自混频激光理论模型及应用

建立了在同一块非线性激光晶体上实现自混频激光的理论模型。该模型计入了具有任意腰斑大小的泵浦光和腔内基频光的空间分布,并将该模型应用到NYAB和Nd:GdCOB的自混频蓝光实验。理论分析预测和证实了一些实验结果,同时,讨论和总结了提高自混频激光输出效率的途径。     

Simultaneous spatial and temporal walk-off compensation in frequency-doubling femtosecond pulses in beta-BaB(2)O(4)

We experimentally demonstrate the benefits of simultaneous compensation of spatial and temporal walk-off in frequency doubling of 800-nm 250-fs pulses, using three active and two compensating beta-BaB(2)O(4) crystals. The compensating crystals reverse both birefringent and group-velocity walk-off, resulting in a factor-of-4.5 improvement in doubling efficiency relative to one of the active crystals while maintaining the short pulse duration and the symmetric spatial profile that are characteristic of the single crystal.     

4.7-W, 255-nm source based on second-harmonic generation of a copper-vapor laser in cesium lithium borate

We have generated 4.7 W of UV (255-nm) radiation with wall plug efficiency of 0.12% by frequency doubling the green (511-nm) output of a kinetically enhanced medium-scale copper-vapor laser (CVL) in cesium lithium borate (CLBO). Frequency doubling in beta -barium borate produced 3.9 W of UV radiation with wall plug efficiency of 0.1%. We found that conversion was better with CLBO because of the reduced constraints on CVL beam quality, less UV absorption, and smaller UV walk-off.     

Optimization of type-II frequency doubling of spatial and temporal limited laser light in nonlinear crystals

Type-II frequency doubling of short Gaussian laser pulses is studied theoretically. The situation is analysed when the group velocity mismatch and the walk-off angle of the interacting waves limit the frequency conversion efficiency. It is shown that with collinear ‘o’ and ‘e’ polarized fundamental waves a temporal and spatial separation of the fundamental beams is necessary to compensate for both effects. Results of the presented model are discussed for KDP crystals.     

Blue light generation in single-pass frequency doubling of femtosecond pulses in KNbO3

We study the generation of blue light in single-pass frequency doubling of femtosecond pulses in a thick KNbO₃ crystal. Depending on the input IR power, the maximum amount of generated blue light is a function of the position of the nonlinear crystal relative to the focusing lens. At certain focusing distance, the efficiency of blue light generation is substantially degraded. The issue of beam quality of the generated blue light is discussed.     

狭窄波束型高频引力辐射与电磁场的作用效应

从弱引力场的Einstein-Maxwell方程出发,讨论了晶体空间阵列的狭窄波束型高频引力辐射与电磁场的作用效应,并给出了扰动解。计算表明,在TT(Transvese Traceless)坐标系中,最优辐射方向的引力波束是纯十型极化的,并可使同频的电磁波产生倍频的扰动效应,使静态电磁场产生与时间成线性关系的累积扰动效应。对于任意方向上的引力辐射波束,在垂直于引力波矢的平面内仍然是纯十型极化的。在高频辐射和实验室典型尺度条件下,TT坐标系与Fermi坐标系的差异是可以忽略的。 关键词：