中红外大能量高功率周期量级光学参量啁啾脉冲放大的发展及应用(特邀)

近十年来,超强超短脉冲是激光光学发展的一个重要趋势。尤其是在中红外(MIR)波段,由于中红外波长具有更大的有质动力并且其光谱范围几乎包含了所有分子"指纹"共振峰,这使得中红外激光的研究在强场物理、中红外光谱学、材料加工以及生物医学研究等领域中至关重要。目前已经有许多比较成熟的激光技术可以对脉冲进行整形、放大,例如差频(DFG)、啁啾脉冲放大(CPA)、光学参量放大技术(OPA)以及光学参量啁啾脉冲放大(OPCPA)等。利用OPCPA技术具有的高放大增益、高信噪比、宽增益带宽的优点在高非线性系数的非线性晶体中进行脉冲放大已经成为当前获取超强超短中红外脉冲的主要手段之一。文中总结了利用OPCPA技术在2~20μm波长范围内产生和放大MIR少周期脉冲的研究进展,并对其在强场物理、分子频谱探测以及生物医学方面的应用进行了简要的阐述。

中红外可调谐大能量飞秒脉冲激光产生

可调谐中红外飞秒光纤激光器具有非常普遍的应用,从而引起了人们的广泛关注。目前,非线性光纤中的拉曼孤子自频移效应是实现大范围可调谐飞秒脉冲激光的理想方法之一。然而,非线性光纤中其他高阶非线性效应的产生通常会限制拉曼孤子脉冲的能量提升。本文提出了利用有源掺杂光纤作为非线性介质和增益介质实现可调谐大能量中红外飞秒激光脉冲的方法。在理论上研究了有源掺杂非线性光纤中高阶孤子劈裂和孤子自频移效应的产生,以及线性增益对波长移动拉曼孤子能量、脉宽、光谱的影响。结果表明,通过为波长红移的低能量拉曼孤子提供线性增益,孤子脉冲的能量得到了显著提升且保持了其单脉冲特性,脉冲宽度为45 fs,且孤子脉冲的波长可通过所提供的增益进行大范围调谐。因此,利用有源掺杂光纤作为非线性介质是实现大能量可调谐中红外飞秒脉冲激光的一种有效方法。

基于外加热激励源的中红外激光辐照VO_2薄膜温升研究

VO_2薄膜在中红外激光防护领域有着重要意义。为研究中红外激光辐照VO_2薄膜的温升累积效应及克服中红外激光器功率过小的困难,设计了一种外加热激励源的实验方法。首先利用ANSYS软件对中红外纳秒脉冲激光在不同激励源温度和不同功率密度下辐照VO_2薄膜的温升累积进行仿真,并做了实际验证。研究发现,随着外加激励温度的升高,可在一定时间(100s)内达到VO_2相变温度的激光功率密度逐渐减小,通过增加功率密度,也可以进一步降低相变所需的激励源温度。两者均提高了VO_2薄膜的温升速率。然后在激励源温度为40℃、中红外激光功率密度为1 W/mm^2的条件下研究了中红外纳秒脉冲激光参数对VO_2薄膜的温升累积效应,结果表明,增加激光脉宽、增加重频或光斑半径均能有效增加VO_2薄膜的温升速率。

超短中红外激光脉冲的产生及其发展状况

超短中红外脉冲对研究物理、化学、生物学和半导体内的超快过程等有非常重要的作用。介绍了参量振荡、差频产生、参量放大产生超短中红外激光脉冲的方法,及国内外相关研究的最新进展。

LiNbO_3光参量放大器产生宽范围可调谐的中红外飞秒激光脉冲的研究

采用共线相位匹配和小角度非共线相位匹配相结合的联合调谐方式,设计并实验构建了具有宽调谐范围的中红外飞秒光参量放大器.采用两级LiNbO3飞秒OPA,可输出2.0～4.7μm波长范围可调谐的中红外飞秒激光,调谐范围大幅超过了目前文献报道的数据,获得的中红外飞秒激光脉冲能量超过30μJ.

晶体环境下高次谐波谱的截止频率分析

通过数值求解中红外飞秒光脉冲与一维单电子多阱势相互作用的含时薛定谔方程,研究了晶体环境下的高次谐波发射光谱,发现了晶体谐波谱的截止位置公式.研究发现,不同于气体环境下的谐波谱截止频率规律,晶体谐波谱的截止频率与激光电场的峰值振幅及晶格参数成线性关系.鉴于准经典力学的三步模型对于气体谐波截止频率的解释,进一步采用准经典力学方法验证了晶体谐波截止位置规律的正确性.

原子势对阈上电离平台的影响

本文从理论上分别研究了长程和短程原子势对阈上电离光电子谱平台结构的影响.发现在相当大的激光参数范围内,长程势的阈上电离谱总是呈现出清晰的双平台结构;对于短程势,阈上电离谱双平台的界限不再清晰,随着入射激光强度的减小,逐渐从双平台过渡到单平台.基于经典分析和量子力学数值模拟,阐明了在不同模型势下,电离速率的差别和再散射电子弹性碰撞截面的不同导致了上述平台结构的差异.此外,还讨论了激光脉冲空间强度分布对这一现象的影响.