超短激光脈沖的倍頻和級(jí)聯(lián)三次諧波產(chǎn)生.pdf

1、非線性光學(xué)頻率變換是擴(kuò)展激光激射波段的關(guān)鍵技術(shù)，一直受到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。上個(gè)世紀(jì)60年代以來(lái)，人們?cè)诙沃C波產(chǎn)生、三次諧波產(chǎn)生等非線性頻率轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，從理論上和實(shí)驗(yàn)上都做了大量細(xì)致的工作。隨著超短脈沖激光器的發(fā)展，人們開(kāi)始研究用非線性光學(xué)頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)來(lái)擴(kuò)展超短脈沖激光的波段。但是飛秒脈沖激光具有獨(dú)特的性質(zhì)，它的頻率轉(zhuǎn)換與長(zhǎng)脈沖激光和連續(xù)光有著很大的不同。一方面，它極高的峰值功率，必然引起很強(qiáng)的高階非線性效應(yīng)，而這些效應(yīng)對(duì)于長(zhǎng)脈沖

2、激光和連續(xù)光的頻率轉(zhuǎn)換影響很小。另一方面，飛秒脈沖的脈寬窄，群速度失配成為影響它進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換的重要因素；而且它的頻譜很寬，在頻率轉(zhuǎn)換中，不僅要考慮中心波長(zhǎng)，還要考慮其它的波長(zhǎng)成分。所以飛秒脈沖激光的頻率轉(zhuǎn)換過(guò)程十分復(fù)雜。
　　 本論文結(jié)合課題組承擔(dān)的國(guó)家自然科學(xué)基金和天津市自然科學(xué)基金，依托弱光非線性光子學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的條件，對(duì)飛秒激光的倍頻和級(jí)聯(lián)三次諧波的產(chǎn)生進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　

3、1、研究了飛秒脈沖倍頻中走離效應(yīng)、群速度色散、三階非線性效應(yīng)的影響
　　 對(duì)超短脈沖倍頻的耦合方程組進(jìn)行了簡(jiǎn)化與推導(dǎo)，得到了非泵浦抽空條件下二次諧波光場(chǎng)的表達(dá)式；并結(jié)合數(shù)值模擬中基波脈沖和二次諧波脈沖的演變趨勢(shì)，清晰地描述了走離效應(yīng)作用于飛秒脈沖倍頻的整個(gè)過(guò)程。在不同的走離長(zhǎng)度Lw和非線性長(zhǎng)度Lnl的比值下，分析了二次諧波的光譜、歸一化倍頻脈沖的峰值功率和泵浦功率的變化，發(fā)現(xiàn)了比值Lnl/Lw=0.75是重要的臨界點(diǎn)。當(dāng)非線性長(zhǎng)

4、度Lnl小于走離長(zhǎng)度Lw的0.75時(shí)，走離效應(yīng)對(duì)倍頻過(guò)程的影響很小，基本可以忽略。
　　 計(jì)算了群速度色散和三階非線性在飛秒脈沖倍頻中引入的相位失配量，并利用初始相位失配量對(duì)群速度色散和三階非線性進(jìn)行了補(bǔ)償。數(shù)值模擬了群速度色散和三階非線性共同作用下，基波脈沖和二次諧波脈沖的時(shí)域形狀變化；并分析了群速度色散和三階非線性在倍頻過(guò)程中對(duì)二次諧波脈沖展寬的影響。
　　 2、研究了飛秒脈沖準(zhǔn)相位匹配倍頻的波長(zhǎng)調(diào)諧特性
　　

5、 分析了飛秒脈沖準(zhǔn)相位匹配倍頻的波長(zhǎng)調(diào)諧特性，對(duì)比研究了飛秒脈沖和皮秒脈沖在倍頻過(guò)程中波長(zhǎng)調(diào)諧性質(zhì)的區(qū)別。模擬得到40fs的基波脈沖的倍頻波長(zhǎng)調(diào)諧曲線的半高全寬可以高達(dá)42nm，而40ps的基波脈沖對(duì)應(yīng)的半高全寬僅有2.8nm，飛秒脈沖倍頻波長(zhǎng)調(diào)諧曲線的寬度是對(duì)應(yīng)的皮秒脈沖倍頻波長(zhǎng)調(diào)諧曲線寬度的15倍。
　　 在飛秒激光寫(xiě)制的周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)中，對(duì)中心波長(zhǎng)為1550nm、脈寬為40fs的基頻脈沖光源進(jìn)行了倍頻實(shí)驗(yàn)研究，得到的

6、歸一化轉(zhuǎn)換效率高達(dá)12.6％W-1cm-2，并且二次諧波在光波導(dǎo)中以良好的單模模式傳輸。
　　 3、超短脈沖級(jí)聯(lián)三次諧波產(chǎn)生的理論和實(shí)驗(yàn)研究
　　 建立了超短脈沖級(jí)聯(lián)三次諧波產(chǎn)生的物理模型，分別分析了以連續(xù)光和飛秒脈沖作為基頻光源的情況下，相位失配量、耦合系數(shù)的比值、歸一化長(zhǎng)度等參量對(duì)三次諧波轉(zhuǎn)換效率的影響。特別針對(duì)飛秒脈沖級(jí)聯(lián)三次諧波產(chǎn)生中的群速度失配問(wèn)題進(jìn)行了研究，分析了在不同走離長(zhǎng)度下級(jí)聯(lián)過(guò)程的變化以及走離長(zhǎng)度對(duì)二