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宽带准相位匹配飞秒光参量放大的研究

张海清  
【摘要】: 飞秒光参量放大,作为可调谐光源,因其放大过程具有高的单程增益和大的增益带宽,使其成为产生可调谐的几个飞秒光脉冲的一种重要技术手段。传统的飞秒光参量放大一般用BBO、LBO等非线性介质材料,由于准相位匹配晶体与BBO等传统晶体相比,有着不同的相位匹配方式,有很多用BBO等作非线性介质的飞秒光参量放大所无法比拟的优点。因此本论文对基于PPLN晶体的飞秒光参量放大进行了系统的理论研究。 本论文的主要内容包括: 1.系统阐述飞秒光参量放大的原理。介绍了准相位匹配的基本概念、特征以及与双折射相位匹配相比准相位匹配技术所具有的优点。从电磁波的麦克斯韦方程出发,阐述了准相位匹配的原理。同时介绍并比较了几种常用周期极化晶体的特性,详细阐述了PPLN的物理、光学性质。 2.分别讨论了共线和非共线准相位匹配的调谐特性。对532nm泵浦的非共线准相位匹配飞秒光参量放大的参量带宽进行了系统地分析。通过计算证明,在同样参数下,非共线准相位匹配通过引入角度调谐使得带宽比共线准相位匹配的带宽明显增加。非共线准相位匹配满足群速匹配时,信号光在774nm到881nm的调谐范围内,可实现参量宽带大于180nm的宽带参量放大。计算结果还表明,非共线准相位匹配在稍微偏离群速匹配条件下,通过选取适当的非共线角可以使带宽进一步改善。 3.对532nm泵浦的非共线准相位匹配飞秒光参量放大的增益特性进行了系统地分析和理论研究。得出了非共线角、光栅周期、晶体角度与增益强度和增益带宽之间的关系。结果表明,非共线准相位匹配飞秒光参量放大中,对于晶体温度、晶体角度、非共线角和光栅周期等参数,可以有很多种参数的组合方式来达到相位匹配。通过计算可知,无论选取哪种参数的组合所达到的相位匹配,在信号光中心波长800nm处,其增益带宽均在85nm以上。同时也证明了当泵浦光强度很弱时,利用准相位匹配可以得到较高的增益。 4.综合前面的模拟计算,结果表明利用非共线准相位匹配实现飞秒光参量放大不仅可以获得较宽的参量带宽,而且可以实现较高的参量增益。


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