基于BBO晶体的非共线超快倍频特性的理论研究

发布时间：2020-08-11 14:47

【摘要】：固体超短脉冲激光器输出的波长大多处于近红外和红外波段,但是在光谱学、激光诱导核聚变、激光光刻等方面往往需要短波长的超短脉冲。短波长的超短脉冲通常需要通过频率变换来获得,因此频率变换的研究尤为重要。超短脉冲的频率变换不同于连续激光的频率需要同时满足相位匹配和群速度匹配,使变换过程变的复杂。本文研究了非共线脉冲的倍频特性,给出其解析解,并分析其变化规律。主要内容有以下几个方面。本文首先简要的回顾了关于超短脉冲以及激光倍频的国内外研究现状,然后介绍了超短脉冲倍频的相关基本知识,其中包括瞬态耦合波方程、相位匹配、有效非线性系数、允许角度及线宽。根据倍频的基本理论,推导出Ⅰ型非共线倍频耦合波方程组,以及非共线相位匹配条件,并针对BBO晶体,数值求解了其相位匹配角;当泵浦脉冲为变换极限高斯脉冲时,获得耦合波方程组的小信号解析解,分析发现:谐波脉冲中存在一定的展宽,展宽的大小与相互作用长度和走离长度有关;当相互作用长度小于晶体长度时,谐波脉冲为理想的高斯型;倍频光斑的空间分布与脉冲宽度有关,测量其光斑的空间分布,可以测量百飞秒脉冲的脉冲宽度。当泵浦脉冲为啁啾脉冲时,解为啁啾高斯脉冲,不同于其他倍频方式,啁啾的引入并不能用于脉冲的压缩;同时啁啾的引入对光斑的空间分布存在影响,通过分析能够准确测量脉冲的啁啾范围。本研究对超短脉冲倍频有一定的理论意义。
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN24
【图文】：

角色散,光路图,光谱

哈尔滨理工大学工学硕士学位论文三倍频数值计算模型[31]。美国 P S Banks 开展了关于单块晶体三阶非线性效应产生三倍频的理论与实验研究，其利用功率密度为 200GW/cm2的输入基频光能够获取到 6%的三倍频转换效率[32]。AudriusDubietis 也对三倍频进行了理论和实验的研究，其主要对 KDP 晶体级连形式进行研究[33]。与此同时,我国长春光机所的张铁军详细地理论分析了超短脉冲激光二倍频、三倍频、四倍频等不同频率转换过程。超短脉冲倍频过程中，由于其谱宽范围较小远远的超过一般非线性晶体的接受带宽，导致倍频的转换效率降低，谐波被展宽。所以在超短脉冲倍频过程中，不仅仅需满足相位匹配条件，还需要满足群速度失配，以及补偿晶体的高阶色散。目前，通过光谱角色散技术可以有效增加倍频晶体的带宽，如图 1 所示，该技术主要是通过棱镜对或光栅对使超短脉冲色散后的频率以不同角度入射，从而达到同时满足相位匹配、群速度匹配的目的。如图 1-1 所示，是光谱角色散系统光路图。

周期调制,非线性晶体,液晶

哈尔滨理工大学工学硕士学位论文基频光中心波长为 800nm、脉宽 70fs、能量 8.1m2的基波经过两块 BBO 晶体联块[36]。此外，我国用准相位匹配晶体构成的波导元件也是一种有效的ford 大学提出的准相位匹配的啁啾周期极化晶体或产生 6fs 的倍频光同时可以有效的通过色散补偿从。倍频研究工作主要是基于非线性光子晶体进行大量所示为多晶体周期结构，这种结构能够通过光传播完美的实现频率转换。此外，如图 1-3 所示为基于图，其主要是原理是利用飞秒激光辐照 α-BBO，在BBO 发生相变转化为 β-BBO，并可以观察到倍频现

走离补偿,周期调制,I型,倍频

频研究工作主要是基于非线性光子晶体进行大量理论示为多晶体周期结构，这种结构能够通过光传播方向美的实现频率转换。此外，如图 1-3 所示为基于 BB，其主要是原理是利用飞秒激光辐照 α-BBO，在辐照O 发生相变转化为 β-BBO，并可以观察到倍频现象图 1-2 液晶-非线性晶体周期调制结构Fig.1-2 Liquid crystal modulated structure

【参考文献】