本文關(guān)鍵詞：光參量放大產(chǎn)生可調(diào)諧周期量級紅外脈沖的研究　出處：《華中科技大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：周期量級脈寬的紅外激光脈沖因在超快光譜學(xué)、阿秒科學(xué)和強(qiáng)場物理等領(lǐng)域的重要應(yīng)用而成為了近年來國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)問題。光參量放大技術(shù)依靠其增益系數(shù)高、增益帶寬大、頻率可調(diào)諧性強(qiáng)以及熱效應(yīng)積累可忽略等優(yōu)異特點(diǎn)成為了最有效的產(chǎn)生可見光至中紅外波段超短超強(qiáng)脈沖的手段之一。針對周期量級脈沖的超大頻譜帶寬、可調(diào)諧性、脈沖能量等各方面需求,本文開展了以下方向的研究：提出了補(bǔ)償群速度失配的雙晶體光參量放大方案。利用不同晶體的色散特性強(qiáng)化超快光參量放大過程中相互作用的泵浦光、信號光和閑頻光脈沖間的時間重合,同時提升系統(tǒng)的增益效率和帶寬。該方案可以在1200納米至1500納米、1700納米至2100納米的非簡并波段高效地產(chǎn)生寬帶周期量級脈沖,其中,中心波長為1300納米的信號光脈沖寬度小于三個光周期,能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)25%,脈沖信噪比、對比度、光束質(zhì)量均得到了優(yōu)化。此外,中紅外2100納米的閑頻光脈沖具有小于兩個光周期的脈寬和較高的CEP穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)研究了雙晶體光參量放大系統(tǒng)的性能。在實(shí)驗(yàn)參數(shù)與仿真相同的情況下驗(yàn)證了系統(tǒng)原理,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論研究結(jié)果很好地符合。進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)驗(yàn)參數(shù)后,在1300納米的中心波長獲得了35微焦的寬帶信號光輸出脈沖,直接得到了20飛秒的脈沖寬度,所得頻譜帶寬達(dá)210納米,支持12飛秒的極限脈寬,小于三個光周期,光束質(zhì)量良好。提高泵浦光能量,在保持頻譜帶寬的情況下能夠獲得更高的能量轉(zhuǎn)換效率。本系統(tǒng)在1150納米至1400納米的中心波長可調(diào)諧范圍內(nèi)可以產(chǎn)生寬帶輸出脈沖。由于超短脈沖間的時域重合得到強(qiáng)化,本方案很適合應(yīng)用于多塊非線性晶體級聯(lián)放大的系統(tǒng)中,進(jìn)一步提升光參量放大的能量轉(zhuǎn)換效率。提出了雙泵浦光參量啁啾脈沖放大方案。采用啁啾補(bǔ)償方案在光參量啁啾脈沖放大過程中提升相位匹配帶寬,向兩個泵浦光脈沖分別加入相反的啁啾和延時,調(diào)整啁啾泵浦光和啁啾種子光的瞬時頻率對應(yīng)關(guān)系以擬合相位匹配曲線,在簡并波段附近獲取寬帶增益。輸出信號光頻譜覆蓋了1300納米至2100納米的超寬范圍,支持9.0飛秒、小于兩個光周期的極限脈寬。僅通過補(bǔ)償信號脈沖的時域線性啁啾,脈寬可以被壓縮到接近極限脈寬的10.1飛秒。系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)22.6%,同時輸出光束在空間上具有良好的光束質(zhì)量和可聚焦性。通過進(jìn)一步展寬入射的泵浦光和種子光,該方案具有極高的能量可擴(kuò)展性。提出了基于多焦距光束的激光成絲方案。將不同焦距光束的空間相位疊加,利用空間光調(diào)制器將疊加的空間相位和振幅調(diào)制到初始的準(zhǔn)直光束中形成多焦距光束。多焦距光束的傳播特性嚴(yán)格地受到初始空間相位的控制,有限的脈沖能量得到了高效利用。該方案僅需要2毫焦的入射脈沖能量,所得激光光絲長度比起單焦距光束提高了一倍。輸出頻譜覆蓋從可見光到中紅外波段的寬帶范圍,支持約三個光周期的極限脈沖寬度。該方案適用于其他類型的介質(zhì),具有極高的產(chǎn)生寬帶超連續(xù)譜的潛力。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN21

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本文編號：1313064