飞秒激光在bbo晶体中倍频效率的数值计算

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1、第’!卷第.期"##"年.月物理学报M5A*’!，L5*.，N>O7，"##"!###1&"/#F"##"F’（!#.）F!".$1#%:3G:HI9JK3:JKLK3:""##"3D8O*HDP,*J5Q*"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""飞秒激光在!!"晶体中倍频效率的数值计算!!）"）"）!）!）!）吕铁铮王韬钱列加鲁欣魏志义张杰!（）中国科学院物理研究所光物理实验室，北京!###$#）"（）复旦大学先进

2、光子学材料与器件国家重点实验室，上海"##%&&）（"##!年’月!’日收到；"##!年!!月!&日收到修改稿）采用分步傅里叶法对飞秒激光在(()晶体中倍频过程的效率进行了数值计算，分析表明这种方法既避免了其他数学方法的繁琐，又直观地展现了倍频过程的物理本质*针对有关实验条件，计算了脉宽为!##+,的激光脉冲通过"--长、!类相位匹配的(()晶体的倍频效率，计算结果与实验上对同样晶体倍频效率的测量是一致的*关键词：飞秒激光，倍频#$%%：%".#，%"’’(，%"’#冲的走离角、脉宽及带宽等因素也是影

3、响倍频转换!2引言效率的重要方面*尽管目前人们对稳态激光的频率［’］变换效率已有了比较成熟的研究，但由于超短脉固体锁模激光技术在过去十年时间里的飞速发冲上述问题的复杂性，采用传统非线性光学的方法［.］展，使飞秒激光已成为人们开展科学研究最常用的在理论分析上仍有一定的困难*本文我们通过对工具之一*目前人们不仅通过掺钛蓝宝石激光可以飞秒脉冲在(()晶体上倍频过程的分析，采用分步直接产生小于’+,的激光脉冲［!］，而且也在34：傅里叶法（,@A867BC5>4874-76D5B）进行了倍频效率的［"］，34

4、：9:;［&］等一系列宽调谐激光晶体中实数值计算，这种方法不仅避免了其他数学方法的繁+54,674867琐，而且也直观地展现了倍频过程的物理本质*我们现了飞秒锁模运转*但是，上述激光的工作波长均运还针对有关实验条件，计算了脉宽为!##+,的激光脉行在近红外、红外波段，不能满足需要采用更短波长冲通过"--长、!类相位匹配的(()晶体的倍频效飞秒脉冲进行研究的应用要求*实际上由于倍频后率，计算结果与实验上对同样晶体倍频效率的测量光子能量的增大，其可以更广泛的应用到超快研究是一致的*中，因此采用非线性晶体进

5、行飞秒脉冲的频率转换，得到不同波长的飞秒激光是人们感兴趣的内容*"2飞秒脉冲激光倍频的原理及过程分目前获得短波长飞秒脉冲最直接的方法是倍频析自锁模钛宝石激光，如果是腔内倍频，由于腔内具有相对高的脉冲能量，因此为了有效的抑制脉冲展宽，对于脉冲宽度较宽的长脉冲而言，倍频过程可通常采用极薄的非线性晶体；但对于腔外倍频，由于忽略基频光和倍频光群速度的差异，作为稳态问题基波功率低，则往往需要一定厚度的晶体才能得到来解决，而对于超短脉冲，当通过对于非线性晶体理想的谐波转换效率*我们采用"--的(()（<1<=48

6、1时，基波和谐波之间的群速度差异以将严重影响倍>-<54=67，偏硼酸钡）晶体，腔外倍频掺钛蓝宝石激频脉冲的形状和效率，所以飞秒脉冲的倍频要满足［%］光获得了高达.#?的峰值转换效率*与普通激光位相匹配和群速匹配*即有：倍频过程不同，超短脉冲由于具有较宽的光谱宽度，!（"!）E"!（!），（!）因此无论哪种倍频方式，倍频晶体除要求相位匹配(B!FB!)!E(B!FB!)"!，（"）外，还应该满足宽带接收要求，即群速匹配，此外脉其中!为角频率，!为波矢量，并有!"E#!"F$*一!国家自然科学基金（批准

7、号：!/$"’!!#，./$0$#&"）和$.&1%!#激光高技术主题资助的课题*7期吕铁铮等：飞秒激光在""#晶体中倍频效率的数值计算3)78))般而言，三波互作用的相位匹配有两种类型：入射基其中)为光速，上述C$5C!即为群速色散（D?E），频光具有相同偏振方向，则为!类，反之而为"类匹它使得基波和二次谐波在""#晶体内传播时各自配!考虑最常用的""#晶体，由于属于是负单轴结展宽并分开!但是，群速度延迟的作用是一阶效应，构，相位匹配采用!类匹配方式，即要求满足其影响是主要的，只有当一阶作用为零时，

8、才需要考$%$!!，"（&!）’"（()!，"）!（*）虑高阶项的作用!而对于我们实验采用""#晶体和"&，"(分别表示寻常光和异常光的折射率，可9$$--的基频激光波长，基频光和倍频光的色散长以由+(,,-(.(/公式推出，度’C（.:!）#’