亞飛秒脈沖產生及控制.pdf

1、目前，主要有三種途徑可以獲得亞飛秒脈沖。利用近紅外光譜區(qū)的超短飛秒激光脈沖，通過高次諧波方案，人們已經(jīng)可以在x射線波段產生亞飛秒脈沖，但能量轉換效率較低。與此相比，在可見和近紅外光譜區(qū)域，我們可以利用分子調制高階受激拉曼散射的方案產生亞飛秒脈沖序列，其能量轉換效率可以接近于100％。另外，我們還可以利用其他非線性過程產生極寬頻譜，通過頻譜合成的方案獲得亞飛秒脈沖輸出。 本論文工作致力于亞飛秒脈沖的產生及控制的研究，圍繞產生亞飛秒

2、脈沖的三個主要途徑，主要的研究內容和創(chuàng)新點包括以下幾個方面： 首先，基于分子調制技術，我們對亞飛秒脈沖的產生和控制進行了深入的研究。 針對分子調制過程中分子調制頻率對產生的亞飛秒脈沖序列脈沖間距的限制性，我們提出了一種可控間距亞飛秒脈沖序列的產生和優(yōu)化控制的方案。在不影響分子調制頻率的情況下，該方案能夠有效地控制亞飛秒脈沖序列的脈沖間距，在增大脈沖間距的同時能使更多的能量集中到更少的脈沖內，可以顯著的提高亞飛秒脈沖的單脈

3、沖能量以及峰值功率。 根據(jù)實際應用的需要，為了進一步得到大間距的亞飛秒脈沖序列，我們提出了基于多個相關聯(lián)的雙光子躍遷的亞飛秒脈沖序列的產生和優(yōu)化控制方案。利用多能級耦合的分子調制過程，該方案可以支持大間距的亞飛秒脈沖序列的產生，通過控制泵浦激光場之間的相對強度和延時可以實現(xiàn)對亞飛秒脈沖序列的優(yōu)化控制，在實驗實現(xiàn)方面具有簡單、有效等特點。在標準的基于二能級系統(tǒng)的分子調制過程中，只有通過選擇合適的雙光子失諧量(小于零，即下失諧)，使

4、系統(tǒng)處于反相態(tài)的情況下，才可能結合介質的正常色散特性在介質輸出端自動獲得亞飛秒脈沖。然而，基于調制相干的分子調制過程，我們發(fā)現(xiàn)不論雙光子失諧量的正負(上失諧或下失諧)，調制相干技術都能周期性的產生亞飛秒脈沖。利用調制相干分子調制過程中系統(tǒng)相干和驅動光場之間相位的周期性變化的特點，該方案還有望能克服實驗上遇到的拉曼自散焦以及自聚焦效應對分子調制過程的影響，推動分子調制產生亞飛秒脈沖方案在實驗研究方面的進展。同時，我們還討論了調制相干技術在

5、調制轉移方面的應用，這項技術可以有效地實現(xiàn)不同波長、不同強度的激光場之間的調制結構的轉移，克服傳統(tǒng)電光調制器件在損傷閾值、透光范圍等方面固有的限制，進一步拓展了分子調制技術的應用前景。 在基于分子調制過程產生亞飛秒脈沖序列所需要的泵浦源方面在實驗上進行了探索。針對分子調制過程所需的高能量、窄線寬的準連續(xù)納秒激光脈沖，我們完成了其關鍵技術，即連續(xù)鎖腔部分的研究工作；同時，在二階非線性介質中，我們首次實現(xiàn)了基于調制不穩(wěn)定性的多色圓錐

6、輻射的注入放大，并在二階非線性介質中觀察到了二維多色陣列輻射，完成了其上轉換的相關研究。其產生的激光場具有寬頻譜、波長連續(xù)可調、單脈沖能量高、多波長同時輸出、相干性好等特點，可以作為近共振受激拉曼散射和瞬動分子調制產生高階拉曼邊帶以及亞飛秒脈沖的泵浦源。 其次，我們還開展了有關頻譜合成產生亞飛秒脈沖的相關研究。利用Ti：Sapphire再生放大系統(tǒng)輸出的飛秒激光脈沖，基于非共線的級聯(lián)非線性混頻過程，我們首次在二階非線性介質中實現(xiàn)

7、了波長范圍覆蓋了從紫外到近紅外的多波長相干輻射的輸出。利用其覆蓋頻譜范圍寬以及相干性好等特點，我們對頻譜合成產生超短脈沖方案在實驗上進行了初步的探索。 此外，我們圍繞當前實驗上產生亞飛秒脈沖的重要途徑，即高次諧波，開展了一系列相關的研究。 隨著飛秒振蕩器和腔增強技術的發(fā)展，我們已經(jīng)可以在腔內獲得足夠高的光強，基于振蕩器開展原來只有利用包括放大級在內的大功率激光系統(tǒng)才能完成的高次諧波的相關研究。為了解決腔內高次諧波在輸出問

8、題上遇到的困難，我們對非共線高次諧波產生方案進行了探索。我們發(fā)現(xiàn)，在小角度的情況下，非共線高次諧波方案能有效地解決腔內高次諧波產生的諧波輸出問題，為基丁振蕩器的高重復頻率的腔內高次諧波以及亞飛秒脈沖的產生開辟了一條新途徑。 在高次諧波以及亞飛秒脈沖產生所需要的泵浦種子源方面，我們在實驗上開展了超短脈沖輸出的 Ti∶Sapphire飛秒振蕩器的相關研究。目前，已經(jīng)完成了10-fs量級超短脈沖輸出的飛秒振蕩器的研制工作。 為