光参量啁啾脉冲放大增益特性研究

通过对非线性三波耦合方程组进行数值求解,研究了光参量放大的增益特性及饱和放大特性。给出了泵浦光、信号光参数对参量增益的影响及其与晶体饱和长度的关系。且OPA具有传统CPA系统所不具有的优点,将有可能取代传统的CPA系统而作为超短超强激光系统的新型前端。     

光参量啁啾脉冲放大增益特性研究

 通过对非线性三波耦合方程组进行数值求解，研究了光参量放大的增益特性及饱和放大特性。给出了泵浦光、信号光参数对参量增益的影响及其与晶体饱和长度的关系。且OPA具有传统CPA系统所不具有的优点，将有可能取代传统的CPA系统而作为超短超强激光系统的新型前端。     

光纤参量放大增益谱边带快慢光特性研究

针对窄带光纤参量放大(FOPA),区别于以往增益谱的大增益斜率区域,研究了FOPA增益谱边带脉冲信号的快慢光特性.首先从理论上推导出了小信号增益条件下信号延时量的解析表达式;其次,在低抽运功率条件下(1 W),实验研究了10 Gb/s伪随机二进制序列脉冲信号在FOPA增益谱边带的延时特性,实验结果与理论计算基本符合;最后,通过分析研究抽运光功率、光纤色散及非线性系数等参数对信号延时量的影响规律,可以为FOPA增益谱边带的快慢光延迟线的设计提供参考.     

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     

光参量啁啾脉冲放大过程中脉冲特性理论研究

 通过数值求解非线性三波耦合方程组,并利用色散致啁啾引起的瞬时频率与时间的关系,模拟了啁啾脉冲在光参量放大过程中的脉冲波形和频谱形状的变化关系,以及通过压缩器的脉冲形状。模拟结果表明：啁啾脉冲在光参量放大过程中的时域宽度和频谱有很小程度的加宽,但基本上不影响放大后脉冲的压缩及信噪比。     

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     

光参量啁啾脉冲放大过程中脉冲特性理论研究

通过数值求解非线性三波耦合方程组,并利用色散致啁啾引起的瞬时频率与时间的关系,模拟了啁啾脉冲在光参量放大过程中的脉冲波形和频谱形状的变化关系,以及通过压缩器的脉冲形状。模拟结果表明：啁啾脉冲在光参量放大过程中的时域宽度和频谱有很小程度的加宽,但基本上不影响放大后脉冲的压缩及信噪比。     

具有腔内光放大的单共振光参量振荡器

推导了描述稳态运行，具有腔内光放大的环形腔单共振光参量振荡器(ICOASRO)的功率特性的高斯光束理论.在这种结构的单共振光参量振荡器(SRO)中，适当地选择光放大器的参数，可以很大程度地降低单共振光参量振荡器的抽运阈值.在平均场近似下无二阶非线性交叉耦合作用的具有腔内光放大的环形腔单共振光参量振荡器的工作范围分成四个工作区域，且存在最小的单共振光参量振荡器的抽运阈值.文中的分析考虑了作为光放大器的激光增益介质的端面抽运特性，考虑了一般化单共振光参量振荡器的特性. 关键词： 单共振光参量振荡器 光放大 阈值     

发散光束抽运的宽带光参量啁啾脉冲放大系统的理论研究

对发散光束抽运的光参量啁啾脉冲放大器的增益带宽进行了系统的理论研究.采用空间傅里叶变换和四阶Runge-Kutta算法，分别模拟了非衍射极限情况下的高斯光束和空间频谱为矩形的发散光束作为抽运光时的增益曲线.结果表明：不管是在可见光或是在近红外光谱区，用发散光束均可以明显地改善光参量啁啾脉冲放大系统的增益带宽.选取合适的发散角和抽运光强，可以获得高增益、宽谱带的信号光输出. 关键词： 光参量啁啾脉冲放大 增益带宽 发散角 高斯光束     

高质量高效率高稳定性参量放大光产生的研究

针对光参量放大实验中存在的参量转换效率低、输出光脉冲形状畸变和输出稳定性差等问题进行了详细研究，对注入信号光强、抽运光耗尽、增益饱和、和频过程等因素对参量过程的影响进行了详细分析讨论，并进行了光学参量放大的实验研究.理论和实验研究结果表明通过优化选择合适的注入信号光强、抽运光强和晶体长度等参数，使参量放大运行在深度增益饱和状态的稳定区，完全可以获得高质量高效率高稳定性的参量放大输出光. 关键词： 光参量放大 抽运光耗尽 增益饱和 稳定性     

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.     

Design Method for Ultrabroadband Optical Parametric Chirped Pulse Amplification

Multiple amplification stages with different phase-matching angles were designed to yield stable and ultrabroadband amplification in optical parametric chirped pulse amplification by optimally controlling the idler laser pulses. Numerical results showed that the overall temporal duration of the amplified seed laser pulse and subsequently the spectral bandwidth can be amplified by using multiple amplification stages in comparison with those of the initial seed pulse laser, which is suitable to generate a high-energy pulse with ultrashort pulse duration in a simple manner.     

用于宽带啁啾脉冲光参量放大系统精确同步的新方法

基于非共线光参量放大,以波长800 nm飞秒激光的倍频光为抽运光,以激光二极管640 nm连续波激光为信号光,产生了与800 nm飞秒激光精确同步的无直流本底的1064 nm脉冲光。实验结果显示该1064 nm的光脉冲在脉冲能量和空间光束质量上均可作为1064 nm波长脉冲放大器的种子光。仅通过一级简单紧凑的非共线参量放大就可实现光周期量级的光参量啁啾脉冲放大系统的抽运激光和种子光的精确同步。     

非共线相位匹配LBO晶体飞秒光参变放大器的研究

对非共线相位匹配LBO晶体飞秒光参变放大器进行了系统地分析和理论研究，用数值方法得出了非共线角、相位匹配角、增益和增益带宽之间的关系，给出了放大器设计的各种最优化参量。研究结果表明，这种参变放大器不仅可以实现较高的参变增益和获得极宽的增益带宽，还具有较大的参变允许角、较小的走离角和小的群速色散。因此这种参变放大器对于以纳秒级高功率激光作为抽运光，利用光参变啁啾脉冲放大（OPCPA）技术高效率参变放大飞秒脉冲产生10^12W甚至10^15W级的超强超短激光脉冲具有重要的意义。建立的理论模型具有普遍意义，也为其他类似的参变过程提供了重要的理论依据。     

Fiber-Optical Parametric Amplification of Sub-Picosecond Pulses for High-Speed Optical Communications

Abstract

This article reviews recent results of amplification of short optical pulses using fiber-optical parametric amplifiers. This includes chirped-pulse amplification of 400 fs pulses, error-free amplification of a 640-Gbit/s optical time-division multiplexed signal with less than a 1-dB power penalty, and all-optical phase-preserving amplitude regeneration of a 640-Gbit/s return-to-zero differential phase-shift keying optical time-division multiplexed signal.     

单模双折射色散缓变光纤中拉曼散射与参量放大

根据斯托克斯波和反斯托克斯波所满足的耦合微分方程,考虑泵浦波是线偏振光,其偏振方向沿x轴,推导出了同偏振方向受激拉曼散射和参量放大同时作用下,斯托克斯波和反斯托克斯波的增益系数。研究了色散缓变光纤中增益随失配系数Δk2以及归一化距离z/L的变化关系。结果表明,当非线性系数γ=0时,增益随Δk2的变化情况在正常和反常色散区是完全对称的;而当非线性系数γ≠0时,在反常色散区增益会出现峰值,随后增益随Δk2和z/L的增加而逐渐减小。讨论了反斯托克斯波与斯托克斯波Eax/Esx的比值随失配系数Δk2的增加而快速衰减的变化特性。     

Accelerated and Robust Generation of W State by Parametric Amplification and Inverse Hamiltonian Engineering

A scheme to realize the accelerated and robust generation of W state in a cavity quantum electrodynamics (QED) system by combining parametric amplification (PA) with inverse Hamiltonian engineering (IHE) is proposed. The atom-cavity coupling strength can be exponentially enhanced via parametrically squeezing the cavity mode, which facilitates the generation of W state. Moreover, the evolution of the system can be optimized with suppressing the populations of the intermediate states. Numerical simulations show that the scheme is fast and high-fidelity, immune to systematic parameter deviations, robust against spontaneous emission of atoms, and decay of cavities. Therefore, this scheme may provide some useful applications in entanglement generation.     

非线性简并光学参量放大系统的量子起伏

解析求解了P表象中考虑抽运吃空后的非线性含时简并光学参量放大系统获得压缩光所满足的福克尔-普朗克（Fokker-Planck）方程,并且计算了它在阈值附近及远离阈值的量子起伏。研究表明：若略去与η成正比的项,则通解很自然地过渡到线性近似解。计及与η成正比的项后,该解与Drummond等在阈值附近的微扰展开理论相比,基本相符。但在远离阈值处,微扰展开理论不适用,而该结果在阈值附近以及远离阈值的整个区域均是适用的。当μ→0压缩很小时,起伏趋近于真空起伏;而μ〉〉1,压缩增大时,趋近1／1＋μ线性理论。     

宽带光学参变啁啾脉冲放大系统的色散控制

在设计宽带光学参变啁啾脉冲放大系统时,对色散源进行了理论分析和讨论。对光学参变啁啾脉冲放大系统的色散量以及各个过程中的高阶色散对脉冲时域和频域特性的影响进行了计算。结果表明展宽器引入了非常大的色散,放大器中信号光相位变化产生的色散较大,参量晶体本身引入的色散相对较小可以忽略不计。输出脉冲宽度主要受二阶色散影响,而三阶和四阶色散主要影响脉冲的波形和信噪比,对频域影响很小。     

周期性极化铌酸锂晶体中半非共线型宽带光学参变放大理论研究

基于周期性极化铌酸锂晶体(PPLN)的准相位匹配光参变放大过程,通过倾斜周期极化铌酸锂晶体中极化域(极化光栅)一定角度,实现了介于共线匹配方式和非共线匹配方式之间的一种半非共线型准相位匹配方式,并以该匹配方式下的各光矢量几何关系得出相位匹配曲线,找到在特定抽运光和信号光波长下能获得宽带增益放大的周期极化长度。并研究其极化倾斜角度与温度特性。模拟计算表明,在合适的角度与温度条件下,该方式可以532 nm抽运光抽运的信号光在800 nm和1064 nm处均获得宽带光参变放大。