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宽带光参量啁啾脉冲放大的研究

刘华刚  
【摘要】: 诞生于上世纪九十年代初期的光参量啁啾脉冲放大技术,因其在超短脉冲激光放大方面的独特优势,一经提出便引起了广泛的关注。单程增益高、信噪比高、热效应影响较小、获得光束质量高等众多优点使光参量啁啾脉冲放大技术成为获得超强超短脉冲激光的重要途径之一。 光参量啁啾脉冲放大器要支持脉宽极短的脉冲激光的放大,在频域上要求光参量放大必须能提供相应的增益带宽。在本论文中,我们建立了适当的数学模型,对非理想单色光、具有发散角的非平面波泵浦下的光参量啁啾脉冲放大系统进行了数值模拟,考察了泵浦光的发散角、非单色性、角色散等因素对光参量放大增益大小及带宽的影响。分析各种不同条件下的影响结果,我们还提出了改善光参量啁啾脉冲放大系统的增益带宽的实际方法和建议,为实现支持更窄脉冲、更宽光谱的参量放大提供理论上的指导。具体内容及创新点如下: 一.回顾了光参量放大(OPA)以及光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)技术的基本理论、优点以及发展现状。 二.深入研究了几种宽带相位匹配技术,包括非共线相位匹配技术、信号光引入角色散实现宽带相位匹配的技术、双光束泵浦宽带光参量放大技术。 三.提出了一种新的提高光参量放大增益带宽的方法,即采用发散光束泵浦光参量啁啾脉冲放大系统。采用空间傅立叶变换和四阶Runge-Kutta算法分别模拟了非衍射极限情况下的高斯光束和空间频谱为矩形的发散光束作为泵浦光时的增益曲线。结果显示,不管在可见光或在近红外光谱区,用发散光束均可以明显地改善光参量啁啾脉冲放大系统的增益带宽。选取合适的发散角和泵浦光强,可以获得高增益、宽谱带的信号光输出。 四.研究了非单色光泵浦的光参量啁啾脉冲放大系统中,泵浦光的谱宽和角色散对增益带宽的影响。我们采用傅立叶变换的方法,把泵浦光分解成不同的频谱成分,取代通常把泵浦光当成单色光或准单色光来处理的方法,建立了光参量放大三波耦合方程的求解模型,来研究和分析泵浦光的谱宽对光参量啁啾脉冲放大的增益大小及带宽的影响。结果表明采用宽带的泵浦光也可以明显改善参量放大的增益带宽。


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