飞秒参量上转换和下转换产生与放大的研究

【摘要】：在非线性晶体中存在多种和频与差频的参量效应,目前广泛使用的光参量放大技术(OPA)和光参量啁啾放大技术(OPCPA)都是基于差频(参量下转换)非线性光学效应的参量技术。目前而言,要获得可见和紫外的可调谐激光光源,种方法是通过震荡级和放大级输出的红外激光进行二倍频或三倍频,从而获得参量下转换产生和放大所需要的短波长泵浦源。另一种方法是通过参量下转换激光的二倍频或三倍频获得可见和紫外的短波长激光。飞秒激光特别是超短脉宽激光具有宽频谱特性,而宽频谱的飞秒激光的二倍频或三倍频的效率较低。因此,基于参量下转换技术获得较高功率的光参量激光存在困难。基于上述因素,是否能够实现基于参量上转换的光参量放大(OPA)和光参量啁啾放大(OPCPA)是我们面临的挑战。本文通过对参量下转换和参量上转换理论和实验的系统研究,获得了一系列新结果,主要包括： 1.介绍了前人有关飞秒参量产生和放大的研究情况,介绍了飞秒参量放大以及啁啾参量放大的原理和技术。 2.理论上对自发参量上转换和自发参量下转换进行了分析,通过对参量上转换和参量下转换的耦合波方程的求解,获得参量上转换和参量下转换的基本表达形式,给出了参量下转换和参量上转换的自相关和互相关函数,利用Wigner表述对自发参量上转换和自发参量下转换进行了量子效率分析。 3.利用800nm的飞秒泵浦激光,实现了BBO晶体的参量上转换自发辐射和参量下转换自发辐射,通过实验获得了参量上转换自发辐射和参量下转换自发辐射的相位匹配条件,首次在理论和实验上研究了无倍频产生的参量上转换自发辐射过程。 4.利用800nm的飞秒泵浦激光,研究了基于双光子激发和倍频泵浦的参量产生和放大过程,获得了分别基于双光子激发和倍频泵浦的参量放大信号,首次实现了一对基于双光子激发的参量信号的相干干涉,利用混频理论阐述了相关的参量过程。 5.首次实现了无倍频的参量上转换放大,观察到基于参量上转换和四波混频产生级联参量光束以及参量散射圆环,理论和实验阐明了相关参量过程的机制。 6.综合比较分析了参量上转换放大、参量下转换放大以及双光子激发相干光参量产生的物理模型,利用半经典理论阐明了参量上转换放大、参量下转换放大以及双光子激发相干光参量产生的物理机制,讨论了参量上转换放大、参量下转换放大以及双光子激发相干光参量产生的相位匹配条件。