超短激光脈沖載波包絡(luò)相位的全光控制.pdf

1、周期量級超短脈沖的載波包絡(luò)相位(CEP)對與瞬時電場強度相關(guān)的非線性實驗具有決定性的影響，尤為突出的是它在阿秒科學(xué)和光頻標(biāo)測量學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用。隨著阿秒激光脈沖的不斷窄化和相關(guān)應(yīng)用研究的不斷深入，測量并控制飛秒激光脈沖CEP，已經(jīng)成為當(dāng)今最前沿的研究內(nèi)容之一。 本工作致力于穩(wěn)定周期量級超短脈沖CEP的研究，目標(biāo)是探索控制超短激光脈沖載波包絡(luò)相位的新方案與新技術(shù)，發(fā)展CEP穩(wěn)定的周期量級超短脈沖系統(tǒng)。 在穩(wěn)定和控

2、制超短激光脈沖CEP方面，我們主要著力于發(fā)展控制CEP的新方案。為此我們首先提出了基于級聯(lián)光學(xué)參量放大(OPA)的CEP穩(wěn)定方案。該方案巧妙地利用不同類型OPA的組合使用，實現(xiàn)了大能量、超寬頻譜、CEP穩(wěn)定的超短脈沖，同時還避免了白光注入類型的OPA方案中由于白光中剩余泵浦光對信號脈沖CEP影響嚴(yán)重的問題。該方案是目前實現(xiàn)超短脈沖CEP穩(wěn)定的有效手段之一。 我們首次在實驗中發(fā)現(xiàn)了時空耦合調(diào)制不穩(wěn)定性產(chǎn)生的多色錐狀輻射現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)時

3、空耦合調(diào)制不穩(wěn)定性作用使基波與二次諧波發(fā)生強非線性相位鎖定，平衡了二者之間的群速度色散和衍射，有效地提高了非線性轉(zhuǎn)換效率。在此基礎(chǔ)上，我們提出了利用時空耦合調(diào)制不穩(wěn)定性參與的參量過程實現(xiàn)超短脈沖CEP自穩(wěn)定的方案。該方案有效地利用了時空耦合調(diào)制不穩(wěn)定性參與的參量過程具有指數(shù)增益的優(yōu)點，可以實現(xiàn)極寬頻譜范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)、高能量、CEP穩(wěn)定的超短脈沖。使用這種極具潛力的新方案，我們在簡單的OPA裝置上實現(xiàn)了超短激光脈沖CEP的自穩(wěn)定。

4、 本論文還提出并實現(xiàn)了利用調(diào)制上轉(zhuǎn)換放大和泵浦光之間的差頻實現(xiàn)超短脈沖CEP自穩(wěn)定的方案。在該方案中，由于調(diào)制上轉(zhuǎn)換放大的CEP在放大過程中保持不變并且具有能量高、光斑質(zhì)量好以及寬頻譜寬度等優(yōu)點，所以其與泵浦光之間的差頻信號具有CEP自穩(wěn)定的特性，同時調(diào)節(jié)調(diào)制上轉(zhuǎn)換放大的中心波長能夠?qū)崿F(xiàn)CEP穩(wěn)定的差頻信號在極寬頻譜范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。 圍繞著CEP穩(wěn)定的周期量級超短脈沖系統(tǒng)的研究，我們發(fā)展了一系列關(guān)鍵性的技術(shù)。 提出了利用

5、全光方法獲得CEP穩(wěn)定的超短脈沖，隨后利用光學(xué)參量啁啾脈沖放大(OPCPA)實現(xiàn)了構(gòu)建CEP穩(wěn)定的周期量級超短脈沖系統(tǒng)的新方案。全光方法可以獲得CEP精確穩(wěn)定的超短脈沖。OPCPA不僅能夠有效地放大激光脈沖的能量，而且研究表明OPCPA過程不會影響信號光的CEP信息。該方案能夠?qū)崿F(xiàn)CEP穩(wěn)定的周期量級強激光脈沖輸出，這是目前獲得CEP穩(wěn)定的周期量級強激光源的有效方案之一。 提出并證明了獲得用于800nm鈦寶石激光器OPCPA的精

6、確同步的泵浦源的新技術(shù)。這項技術(shù)是基于連續(xù)光注入的非共線OPA技術(shù)。在參量作用時間內(nèi)，連續(xù)光能夠提供足夠的光子有效抑制了熒光的參量放大從而獲得大能量、光斑質(zhì)量較好的信號輸出。在此基礎(chǔ)上，我們分別發(fā)展了基于1064nm的連續(xù)光、632.8nm連續(xù)光以及氦氖激光腔內(nèi)放大等新技術(shù)。這些新技術(shù)能夠有效地產(chǎn)生與800nm鈦寶石激光器精確同步的泵浦光脈沖，二者之間的時間抖動不超過10fs。實驗獲得的無連續(xù)光背景的1064nm超短脈沖能量可以通過再生