一微米波段超快二階非線性激光技術(shù).pdf

1、近年來(lái)，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(xué)技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。二階光學(xué)非線性做為最基本(低階)的非線性過(guò)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(duì)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(guò)建立模型理論計(jì)算以及與實(shí)驗(yàn)研

2、究相結(jié)合的方式，細(xì)致研究了1μm波段的飛秒光參量放大系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jìn)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(qiáng)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(lán)寶石飛秒激光器，使用光參量技術(shù)來(lái)產(chǎn)生可調(diào)諧的1μm波段飛秒激光輸出。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)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(guò)程的泵浦光強(qiáng)閾值。通過(guò)實(shí)驗(yàn)使用鈮酸鋰晶體在泵浦光強(qiáng)遠(yuǎn)低于晶體損傷閾值的情況下我們觀測(cè)到了散射增強(qiáng)OPG。時(shí)間同步脈沖激光以及連續(xù)激光都可以作為散射源，對(duì)于其波長(zhǎng)，光譜形狀，非共線角等都沒(méi)有很嚴(yán)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(qiáng)OPG可以用于更快的尋找晶體的位相匹配狀態(tài)。
　　 與可見(jiàn)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(shí)驗(yàn)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(jì)并且實(shí)現(xiàn)了一種色散預(yù)補(bǔ)償?shù)腛PA，通過(guò)對(duì)泵浦光加入預(yù)啁啾可以很好補(bǔ)償晶體GVD的作用。實(shí)驗(yàn)上證明了與傅氏變換極限的泵浦脈沖相比，色散預(yù)補(bǔ)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(duì)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(gè)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(jì)。
　　 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(duì)寬帶三倍頻中的和頻過(guò)程進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)一種新型分層部分氘化KDP晶體作為和頻器。通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算，說(shuō)明該結(jié)構(gòu)能支持很大帶寬的有效三倍頻。回流作用會(huì)極大的影響了三

6、倍頻的效率，通過(guò)適當(dāng)設(shè)計(jì)每層晶體長(zhǎng)度和氘化程度(即位相匹配波長(zhǎng))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(jì)，可以滿足對(duì)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(zhǎng)成功，但是現(xiàn)有的晶體生長(zhǎng)技術(shù)為新型晶體的成功生長(zhǎng)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(guò)理論計(jì)算證明了其可行性。
　　 基于