色散和高阶非线性对飞秒光参变放大的影响

群速度色散和高阶非线性效应是影响超强超短脉冲抽运下光参变放大能量转换效率的重要因素。为了提高光参变放大的能量转换效率,采用理论分析和数值计算的方法,模拟超强超短激光脉冲抽运下MgO∶LiNbO3晶体中的光参变放大过程,得到了不同抽运功率密度、不同群速度色散条件下光参变放大的能量转换效率曲线,并且讨论了高阶非线性效应对和脉冲时间波形和频谱的影响。结果表明,群速度色散会使抽运光脉宽增加,功率密度降低;大功率密度抽运下高阶非线性效应的影响不可忽略,它会进一步减小能量转换效率,还会使信号光的频谱展宽,为了提高单位晶体长度的参变放大增益,可以通过引入初始啁啾来抵消群速度色散的影响。

常规DSF光纤参变放大器的带宽拓宽研究

为了拓宽常规色散位移光纤(DSF)型双抽运光纤参变放大器(FOPA)的放大带宽,提出了用DSF和单模光纤(SMF)级联来构造周期色散补偿双抽运FOPA的思想。利用SMF正的二阶色散以减小DSF负的四阶色散引起的相位失配,从而达到有效拓宽FOPA放大带宽的目的。结合四波混频耦合方程对该双抽运FOPA进行仿真研究,得到拓宽为69nm的放大带宽的结果。结果表明,光纤长度一定时,采用给出的最佳补偿光纤长度进行色散补偿,可有效减小因DSF四阶色散引起的相位偏移,进而拓宽放大带宽;分多段级联进行色散补偿时,可进一步拓展放大带宽。

非共线相位匹配LBO晶体飞秒光参变放大器的研究

对非共线相位匹配LBO晶体飞秒光参变放大器进行了系统地分析和理论研究 ,用数值方法得出了非共线角、相位匹配角、增益和增益带宽之间的关系 ,给出了放大器设计的各种最优化参量。研究结果表明 ,这种参变放大器不仅可以实现较高的参变增益和获得极宽的增益带宽 ,还具有较大的参变允许角、较小的走离角和小的群速色散 ,因此这种参变放大器对于以纳秒级高功率激光作为抽运光 ,利用光参变啁啾脉冲放大 (OPCPA)技术高效率参变放大飞秒脉冲产生 10 12 W甚至 10 15W级的超强超短激光脉冲具有重要的意义。建立的理论模型具有普遍意义 。

光子晶体光纤中的参变放大与拉曼散射

光子晶体光纤(PFC)有着传统光纤无法比拟的优良特性,特别是具有极好的非线性效应和双折射效应;当输入抽运波偏振方向同双折射轴成45°时,通过引入拉曼增益的洛伦兹模型,研究了光子晶体光纤中在参变放大和拉曼散射共同作用下的增益谱特性。结果表明,由于参变放大和拉曼散射的相互作用,输入功率和群速度失配对光子晶体光纤的增益有重要影响。随着输入功率和群速度失配的增大,增益谱强度增强,宽度加宽。在反常色散区,输入功率较大并达到稳定时,斯托克斯波增益谱呈现多峰结构;在正常色散区,斯托克斯波增益大于反斯托克斯增益。当满足一定关系时,在光子晶体光纤中传播的抽运波可以分解为脉冲序列,由此分离和提取T频脉冲。

双抽运光纤光参变放大的全光多波长变换与码型转换

利用强度调制的数据信号光作为一路抽运光,与另一路直流或者正弦强度调制抽运光组合可以在双抽运光纤光参变放大过程中实现全光多波长变换或者在全光多波长变换的同时实现码型转换。理论上,从信号增益的角度分析了波长转换与码型转换的原理。实验上演示了2.5Gb/s的非归零(NRZ)码信号的全光多波长转换与到归零(RZ)码信号的转换。多波长转换实验表明:双抽运条件下的光参变过程可以实现多波长转换并得到正、反码的输出,还同时对信号有一定的再生作用。码型转换后信号的占空比为30%,消光比也得到提高。

利用光参变放大同时实现双波长全光判决的实验研究

为了能够对多路光信号同时实现整形再生,提出了一种在高非线性光纤(HNLF)中利用单抽运光参变放大(OPA)同时实现双波长全光判决的实验方案。该方案基于一段500m长的HNLF,输入信号为两路不同波长的10Gb/s伪随机归零(RZ)码信号,抽运光为10GHz的时钟脉冲。信号光与抽运光在HNLF中发生参变过程,通过两个光带通滤波器,分别滤出两路闲频光波长信号,可以在同一段HNLF中同时实现双波长全光判决。实验中,对两路10Gb/s伪随机归零码信号进行了恶化,以仿真长距离传输损耗及失真,恶化后信号的消光比(ER)分别为9.17dB和8.27dB,判决后的信号ER分别提高到12.8dB和12.66dB。通过实验论证了一种双波长全光判决的实现方案。

高稳定高转换效率光参变放大器倍频抽运光源研究

为了实现光参变放大抽运光源高稳定输出的目的。通过对倍频过程的数值模拟分析,提出倍频中存在“稳定区”的概念,在基频光强一定的条件下(小于倍频晶体破坏阈值),通过非共线双程倍频的方式或串联倍频的方式可有效延长倍频晶体的有效作用长度,保证倍频工作区能够被控制在“稳定区”内,从而实现高稳定高转换效率的倍频输出。实验数据验证了这一结论,实验中,利用非共线双程倍频的方式使得倍频工作区在“稳定区”内,对波动±5.7%的1064 nm高斯脉冲基频光,倍频光波动小于±2%,脉冲形状为高阶高斯脉冲,转换效率大于70%,实验结果表明,倍频光的稳定性指标相对于基频光提高了近3倍。

光纤参变放大器光纤长度的优化设计

随着高输出功率掺铒光纤放大器和高非线性光纤的出现和使用 ,光纤参变放大器 (OPAs)中出现了越来越多的增益饱和现象 ,这是光放大器中应该尽量避免的。对此 ,提出了依据光纤参变放大器的光纤非线性系数、抽运光功率、信号输入功率等参量对光纤长度进行优化设计的解决思路。明确提出最佳光纤长度的概念 ,即在其他参量一定的情况下使信号增益或信号输出功率达到最大所需的最小光纤长度 ,而且最佳光纤长度有利于提高光纤参变放大的增益带宽和波长转换带宽。通过数值积分求解描述光纤参变放大过程的非线性耦合方程 ,并运用控制变量法深入研究了最佳光纤长度与光纤非线性系数、抽运光功率、信号输入功率的关系。最后用最小二乘法进行数据拟合确定系数 ,得到简洁、实用的最佳光纤长度解析表达式。与已有实验结果比较表明 ,该解析式可很好地用来计算和优化光纤参变放大的光纤长度。

负折射率材料中光参变放大光谱带宽的研究

针对"正折射率(PIM)/负折射率(NIM)/正折射率(PIM)"结构的材料,研究了对信号光是负折射率而抽运光和闲频光都是正折射率时,在三波非共线参变放大的基础上,根据匹配条件,对于给定的信号光和抽运光波长,非共线角α存在最大值即最大非共线角,并详细研究了最大非共线角随信号光波长的变化规律。利用泰勒级数将波矢按圆频率展开,在取一级近似的情况下,得到了带宽的解析表达式。利用该解析式,采用数值计算的方法,分别研究了带宽随信号光波长、抽运光波长和非共线角的变化规律。结果表明,对于同一抽运光,随着信号光波长的增加,参变带宽将先增加而后减小,即参变带宽存在着最大值;随着抽运光波长的减小,参变带宽将增大;对于同一信号光和抽运光,随着非共线角α的增大,参变带宽Δλ将逐渐增大。此外,随着抽运光强的增大,带宽也将增大。这为实验研究负折射率材料的光参变放大打下了基础。

强脉冲信号在光纤参变放大器中的放大特性研究

考虑到抽运损耗、走离、色散和非线性等效应,用分步傅里叶方法求解耦合的非线性薛定谔方程组,就强脉冲信号在连续光抽运光纤参变放大器中的放大情况进行了理论研究。研究结果表明,强脉冲信号除经历振幅放大,脉冲时域展宽等过程外,还会发生令人感兴趣的脉冲分裂现象,即一个脉冲信号分裂为两个子脉冲。而且即使在连续光抽运的情况下,走离效应对强脉冲信号的放大也产生了显著影响,即促使两个子脉冲振幅不等以及脉冲漂移。最后,强脉冲信号独特的放大特性用光纤参变放大器的饱和增益特性做了很好的解释,并指出脉冲分裂现象在信号抽样、脉冲压缩、光时分复用系统中有潜在用途。

周期性极化铌酸锂晶体中半非共线型宽带光学参变放大理论研究

基于周期性极化铌酸锂晶体(PPLN)的准相位匹配光参变放大过程,通过倾斜周期极化铌酸锂晶体中极化域(极化光栅)一定角度,实现了介于共线匹配方式和非共线匹配方式之间的一种半非共线型准相位匹配方式,并以该匹配方式下的各光矢量几何关系得出相位匹配曲线,找到在特定抽运光和信号光波长下能获得宽带增益放大的周期极化长度。并研究其极化倾斜角度与温度特性。模拟计算表明,在合适的角度与温度条件下,该方式可以532 nm抽运光抽运的信号光在800 nm和1064 nm处均获得宽带光参变放大。

可调谐超短中红外激光脉冲的参变产生与放大及其最新进展

介绍了基于非线性光学参变过程产生和放大中红外可调谐超短激光脉冲的主要方法,比较了参变振荡、差频产生、光学参变放大和啁啾脉冲光学参变放大等4种产生与放大方法的技术特点,重点评述了最近10年来国内外利用光学参变放大和啁啾脉冲光学参变放大实现大增益宽带和高峰值功率输出的最新进展。探讨了获得更高能量/功率和更短脉冲(更大带宽)中红外激光输出的关键问题和技术瓶颈及其解决途径。

宽带光学参变啁啾脉冲放大系统的色散控制

在设计宽带光学参变啁啾脉冲放大系统时,对色散源进行了理论分析和讨论。对光学参变啁啾脉冲放大系统的色散量以及各个过程中的高阶色散对脉冲时域和频域特性的影响进行了计算。结果表明展宽器引入了非常大的色散,放大器中信号光相位变化产生的色散较大,参量晶体本身引入的色散相对较小可以忽略不计。输出脉冲宽度主要受二阶色散影响,而三阶和四阶色散主要影响脉冲的波形和信噪比,对频域影响很小。

基于YCOB晶体分析信号光脉冲时间特性对光参变啁啾脉冲放大光谱和转换效率的影响

基于YCOB晶体中三波耦合方程理论模型,在抽运光波形和能量、晶体长度相同的条件下,研究信号光的时间波形对光参变啁啾脉冲放大(OPCPA)光谱和转换效率的影响。计算过程中,抽运光和信号光能量分别为45J和500mJ,光斑直径分别为60mm和50mm。抽运光脉宽取3ns,信号光脉宽为1.2ns。数值结果显示,信号光放大后的光谱和转换效率与输入信号光的时间波形有关。1阶高斯型脉冲光谱的半峰全宽(FWHM)得以展宽,由原来的36nm展宽为放大后的61nm,2阶超高斯脉冲频谱展宽为47nm,高斯脉冲的阶数越高,谱宽展宽越小,5阶和5阶以上的高斯脉冲光谱不再展宽,几乎保持原来36nm不变;1阶高斯脉冲的转换效率最高,达到32%左右,2阶高斯脉冲只有25%,8阶以上转换效率基本变化不大,约为19%。信号光脉冲时间特性对OPCPA的光谱输出和转换效率产生很大的影响。

提升超短脉冲激光信噪比的啁啾匹配光参变啁啾脉冲放大新方法

提出了一种利用啁啾匹配光参变啁啾脉冲放大(OPCPA)来提高超短脉冲激光信噪比(SNR)的方法。通过与传统的光参变啁啾脉冲放大方案对比,发现啁啾匹配的光参变啁啾脉冲放大方案可以更好地提高信噪比,同时保持较高的转换效率。利用满足啁啾匹配条件的啁啾参数的计算方法,分析了非线性晶体长度、噪声带宽、抽运啁啾大小以及抽运光信号光同步程度等因素对信噪比提升效果的影响。

光学参变啁啾脉冲放大相位失配啁啾脉冲频谱整形新方法

相位匹配是实现高效光学参变啁啾脉冲放大(OPCPA)能量转换的关键之一,通过对几种常用非线性晶体的光学参变啁啾脉冲放大过程进行数值模拟研究,结果表明一定程度的相位失配不但能增加光学参变啁啾脉冲放大增益带宽,而且会使啁啾脉冲光谱强度分布中间凹陷。提出利用光学参变啁啾脉冲放大相位失配放大作为啁啾脉冲频谱整形的新方法,通过理论分析和模拟计算,找到了光学参变啁啾脉冲放大相位失配啁啾脉冲频谱整形效果的控制量;并对几种常用非线性晶体在简并、近简并、非简并等条件下的光学参变啁啾脉冲放大相位失配放大特性进行了比较。

BBO-I非共线光学参变啁啾脉冲放大增益带宽的实验研究

以纳秒级调Q倍频的Nd∶YAG激光器为抽运源、以自锁模钛宝石激光器输出并经光栅展宽的 80 0nm啁啾脉冲为信号光 ,实验研究了其宽带BBO I非共线相位匹配光学参变啁啾脉冲放大 (OPCPA)的增益谱。研究结果表明 ,非共线夹角的变化对BBO I非共线相位匹配光学参变啁啾脉冲放大的增益谱有很大的影响。

连续变量纠缠增强对实验参量的依赖关系

具有正交振幅和正交相位分量量子关联的连续变量量子纠缠态光场是进行量子信息和量子计算研究的最基本的资源。随着量子信息和量子计算研究的深入开展,为了实现高质量的信息传递和高效率的量子计算,必须尽可能提高所利用的纠缠态光场的纠缠度。基于光学参变过程量子纠缠增强是提高连续变量纠缠态光场纠缠度的一种有效方法,详细讨论了连续变量纠缠增强与非简并光学参变放大器各实验参量的关系,讨论了这些参量对纠缠增强的影响。计算结果将为优化利用非简并光学参变放大器构建的纠缠增强系统,进一步提高量子纠缠增强效率提供参考。

A Kind of Three-Mode Entangled States of Continuum Variables Generated by Beam Splitter and Parametric Down-Conversion Amplifier

In 3-mode Fock space we find a new tripartite entangled state |α,γ 】 λ,which make up a new quantum mechanical representation. The state |α,γ 】 λ, can be generated byusing the setup composing of a beam splitter and a parametric down-conversion amplifier. Applicationof the state is briefly discussed.

抽运光波前畸变对拍瓦激光器前端OPA光束质量的影响

数值模拟了拍瓦激光器前端非共线光参变放大(OPA)过程中存在波前畸变的抽运光对信号光光束质量的影响。结果表明,当抽运光光束波前存在严重畸变时,衍射效应和走离效应通过不同的物理机制导致了信号光光束质量的急剧下降。在导致信号光光束质量下降的过程中,走离效应在OPA未饱和放大时起着主导作用,当OPA工作在过饱和状态时,过饱和导致的信号光近场空间分布中心凹陷成为光束质量下降的主要因素。