一微米波段超快二階非線性激光技術(shù).pdf

1、近年來，隨著寬帶固體激光材料的廣泛應(yīng)用和克爾棱鏡鎖模技術(shù)的成熟，超快光學技術(shù)得到了長足的發(fā)展。二階光學非線性做為最基本(低階)的非線性過程，用于發(fā)展激光技術(shù)已有若干成功的范例，如較早的倍頻技術(shù)和光參量放大(OPA)技術(shù)，和近期的啁啾脈沖光參量放大(OPCPA)技術(shù)等。針對大型釹玻璃激光裝置的需求牽引，本文著重研究了1μm波段超快激光的新型二階非線性技術(shù)，涉及1μm波段超快激光的產(chǎn)生，諧波轉(zhuǎn)換以及脈沖壓縮。通過建立模型理論計算以及與實驗研

2、究相結(jié)合的方式，細致研究了1μm波段的飛秒光參量放大系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化；基于部分氘化KDP晶體的寬帶三倍頻技術(shù)；以及光柵與倍頻晶體相結(jié)合的脈沖壓縮方式。這些創(chuàng)新的非線性超快激光技術(shù)，將可能在很大程度上解決現(xiàn)有技術(shù)的主要缺陷，并拓展新的功能。本文主要進行了如下工作：
　　 一、研究了1μm波段飛秒光的產(chǎn)生方式，包括散射增強的光參量產(chǎn)生(OPG)技術(shù)以及泵浦脈沖預(yù)啁啾優(yōu)化的光參量放大(OPA)技術(shù)。
　　 基于技術(shù)成熟的商品化的

3、摻鈦藍寶石飛秒激光器，使用光參量技術(shù)來產(chǎn)生可調(diào)諧的1μm波段飛秒激光輸出。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，通過散射源激光的引入，特別是在晶體表面的散射，可以有效的降低OPG過程的泵浦光強閾值。通過實驗使用鈮酸鋰晶體在泵浦光強遠低于晶體損傷閾值的情況下我們觀測到了散射增強OPG。時間同步脈沖激光以及連續(xù)激光都可以作為散射源，對于其波長，光譜形狀，非共線角等都沒有很嚴格的要求。這些結(jié)果使得有些以前不能用于飛秒OPG的晶體得到應(yīng)用，尤其是在中紅外波段。此外，散

4、射增強OPG可以用于更快的尋找晶體的位相匹配狀態(tài)。
　　 與可見光波段的OPA不同的是，在中紅外OPA系統(tǒng)中，群速度色散(GVD)起著重要的作用。理論和實驗結(jié)果都表明GVD的存在將顯著降低飛秒OPA的轉(zhuǎn)化效率。設(shè)計并且實現(xiàn)了一種色散預(yù)補償?shù)腛PA，通過對泵浦光加入預(yù)啁啾可以很好補償晶體GVD的作用。實驗上證明了與傅氏變換極限的泵浦脈沖相比，色散預(yù)補償?shù)谋闷置}沖能得到接近2倍的轉(zhuǎn)換效率，并且輸出脈沖可以用棱鏡對壓縮至近傅氏變換極限

5、。證明了泵浦脈沖的預(yù)啁啾為優(yōu)化中紅外飛秒OPA系統(tǒng)提供了一個新的自由度。
　　 二、研究了1μm波段超快光的寬帶諧波轉(zhuǎn)換，基于部分氘化KDP晶體的特性給出了新型寬帶三倍頻的設(shè)計。
　　 寬帶三倍頻在慣性約束核聚變(ICF)大型釹玻璃激光裝置中有著重要的應(yīng)用。主要針對寬帶三倍頻中的和頻過程進行研究，設(shè)計一種新型分層部分氘化KDP晶體作為和頻器。通過數(shù)值模擬計算，說明該結(jié)構(gòu)能支持很大帶寬的有效三倍頻?；亓髯饔脮O大的影響了三

6、倍頻的效率，通過適當設(shè)計每層晶體長度和氘化程度(即位相匹配波長)可以有效的抑制回流產(chǎn)生的影響。最后提出了一種五層晶體的設(shè)計，可以滿足對于4nm帶寬的釹玻璃拍瓦激光脈沖的有效寬帶三倍頻的需求。這種新型晶體雖然還未生長成功，但是現(xiàn)有的晶體生長技術(shù)為新型晶體的成功生長提供了保證。
　　 三、提出了一種基于光柵和倍頻晶體相結(jié)合的新型啁啾脈沖壓縮器，比傳統(tǒng)的光柵壓縮器具備更高的破壞閾值，并且通過理論計算證明了其可行性。
　　 基于