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角色散超短脉冲倍频研究

颜世荣  
【摘要】:光学频率变换产生新频率,是现代激光技术的重要手段之一,倍频是获得短波长超短脉冲的基本方法。超短脉冲宽度窄,频谱范围宽,因此相位匹配和群速度匹配要同时满足,否则群速度失配会导致二次谐波脉宽展宽并降低谐波转换效率。利用光栅产生角色散的办法能够补偿群速度失配,这样可以提高转换效率。 本文首先介绍群速度失配产生的影响;在相位匹配的基础上,说明角色散匹配技术,推导角色散和群速度失配量及空间走离角的关系式;另外还给出角色散与波前倾斜之间的联系;分析高斯光束经过光栅和透镜后的变化;简单介绍负单轴BBO晶体的物理特性和光学特性。为了便于清晰地了解角色散对倍频过程的影响,从Maxwell方程出发推导了共线相位匹配的倍频耦合波方程,在此基础上给出在小信号近似下耦合波方程的解析解,系统地分析超短脉冲I型倍频的物理过程。当满足相位匹配和群速度匹配时,讨论空间走离、群速度色散和衍射效应对倍频脉冲产生的影响。通过数值模拟,研究不同晶体长度、束腰半径和脉宽时的谐波脉宽、空间走离和强度分布情况。分析发现角色散匹配技术可以补偿群速度失配,晶体长度不再像普通倍频那样受到群速度走离长度的限制,这时衍射效应和色散效应对谐波脉宽展宽起主导作用。


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