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《周期极化LiNbO3脉冲走离效应分析3》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第19卷第8期强激光与粒子束Vol.19,No.82007年8月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSAug.,2007文章编号:100124322(2007)08212792043周期极化LiNbO3脉冲走离效应分析高艳霞,赵改清,吴景清(深圳大学物理科学学院应用物理系,广东深圳518060)摘要:建立了包含高阶群速色散的OPCPA数值模拟程序,并以准相位匹配的周期极化的LiNbO3(PPLN)参量放大器为例,在信号光是中心波长1053nm,脉宽100fs的飞秒脉冲经展宽器展宽800ps的啁啾2脉冲,输入能量约0.6nJ,泵浦光波长527nm,
2、脉宽3ns,初始输入泵浦光强300MW/cm,PPLN晶体的非共线角1.49°,极化周期9.7μm的条件下,对OPCPA过程前级的高阶群速色散引起的走离效应对泵浦光、信号光频谱和脉冲形状的影响等具体特性进行了数值模拟。结果表明:在合适的晶体长度下,高阶群速色散对参量转换效率的影响不大,但它对输出信号光的时间波形和频谱有较大影响,会引起脉冲时间形状畸变和频谱漂移。关键词:OPCPA;走离效应;准相位匹配;高阶群速色散中图分类号:O437文献标识码:A光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)是获得超高功率、超高脉冲对比度和高光束质量的激光脉冲的有效途径。大型激光装置中,如大阪大学
3、激光工程研究所、英国卢瑟福实验室、美国Rochester大学激光力能学实验室、德[125]国的PHELIX计划和法国的PHEBUS激光装置,均采用了光参量啁啾脉冲放大技术,我国开始研制的高能拍瓦激光系统也可能在前端放大采用OPCPA技术方案。为得到高的参量转换效率,相位匹配和群速匹配条件是非常重要的。事实上,严格实现两匹配条件是比较困难的,限制了OPCPA实际放大效率。为此提出了[628]准相位匹配的概念,其核心是构造一个周期结构。准相位匹配可大大提高相互作用长度,从而使光参量转换效率得到有效地改善。尽管利用准相位匹配晶体,选择合适的输入角度,可尽最大可能满足群速度匹
4、配,但由于高阶群速度色散的存在,在放大过程中群速失配仍然存在。另外,在高强度的光参量过程中,高阶非线性效应也会引起高阶啁啾相位。这些都会影响参量放大的光谱、线形和脉冲对比度。本文对高能拍瓦激光系统前端光参量啁啾脉冲放大介质周期极化LiNbO3(PPLN)中走离效应进行详细的分析,包括光参量放大过程中高阶群速色散引起的走离效应对泵浦光、信号光频谱和脉冲形状的影响等,为设计高能拍瓦激光系统前端的OPCPA系统提供了有益的参考。1理论分析在高能拍瓦激光系统前端OPCPA系统中,在保证参量放大谱宽的前提下,利用准相位匹配的非线性介质充分提高放大效率是比较有竞争力的技术手段之一
5、。通常人们利用一种超晶格结构材料实现准相位匹配。在[9]这种超晶格结构中,参量过程的非线性系数变得与超晶格的细致结构有关,可表示为:dm=(1/mπ)sin(πmD)deff,其中,deff为晶体最大非线性耦合系数,D为与晶格结构有关的量,m为准相位匹配阶数,通常准相位匹配有效非线性系数对一阶[9](m=1)有最大值,本文的数值模拟均针对m=1进行。LiNbO3晶体以其高的非线性转换系数在非线性光学领域得到广泛应用。本次模拟的超晶格以具有层状铁电区结构的LiNbO3晶[10]体为基本介质,具体包括两个长度相等的基本单元A,B,它们的极化矢量方向相反(反平行180°),
6、其结构如图1所示。Fig.1QPMsuperlatticemadefrom准相位匹配条件下,考虑到二阶和三阶群速度色散并忽略介质LiNbO3singlecrystal[11]吸收时,三波耦合方程可以写为图1准相位匹配周期极化LiNbO3构造3收稿日期:2007207203;修订日期:2007208201基金项目:国家863计划项目资助课题作者简介:高艳霞(1972—),女,硕士生导师,从事超短脉冲传输及转换的理论和应用研究;gyx@szu.edu.cn。1280强激光与粒子束第19卷2335+β1(1)5-iβ2(1)5-1β3(1)5(z′,τ)=-8πiLn(n2
7、E2
8、Ej
9、2(1)′23E130)E1∑5z5τ25τ65τλj=12335+β1(2)5-iβ2(2)5-1β3(2)5(z′,τ)=-8πiLn(n2E2
10、E2(2)′23E230)E2∑j
11、5z5τ25τ65τλj=12335+β1(3)5-iβ2(3)5-1β3(3)5(z′,τ)=-16πiLn(n2E2′,τ)
12、E′2(3)′23E330)E3(z∑j(z,τ)
13、5z5τ25τ65τλj=1n3n1n21Δk=2πcosθ-cos<-(4)λ3λ1λ2Λ式中:Ej,nj,λj(j=1,2,3)分别代表三波的电场、折射率、波长;β1是群速
