摘要
超短脉冲激光的出现为科学研究提供了强有力的工具。尤其是，飞秒紫外激光具有波长短、单光子能量高和时间分辨率高等特点，在物理化学、生物医学以及超精细微纳加工等方面具有重要的应用价值，但大多数超短脉冲激光器输出波长集中在近红外和中红外波段，因此，通常需要通过频率变换获得飞秒紫外激光。而飞秒激光谐波变换过程中存在群速度失配、高阶非线性效应等效应，很大程度上限制了频率转换的效率，因此开展这方面研究有着重要意义。 本论文围绕飞秒激光的二倍频和三倍频开展研究，同时，对基于非线性晶体级联二阶非线性效应实现超短脉冲的自压缩进行了探索。论文主要包括以下三个方面内容。 1.基于自主编制的超短脉冲倍频数值模拟程序，采用分步傅里叶法对倍频过程的耦合波方程进行了数值计算。结合实验中的泵浦源和晶体参数，重点研究了群速度失配、相位失配等因素对倍频过程的影响，获得了与实验相近的结果。 2.基于不同参数的飞秒激光和非线性晶体，设计并搭建了三倍频实验系统，实现了高效率的红外-紫外光转化。首先，使用商用的激光器作为泵浦源，其中心波长为1030nm，脉冲持续时间为105fs，在入射功率约为5W条件下，利用1.7mm长的三硼酸锂晶体获得了超过3W的最大倍频功率，在此基础上通过延迟线方案将基频光和倍频光进行和频获得了三倍频紫外激光输出。利用0.5mm长的偏硼酸钡晶体作为和频晶体，中心波长为343nm的紫外激光光谱半高全宽为2.9nm，平均功率超过了1W。其次，使用自研的高功率飞秒激光器进行对比实验，激光器的中心波长为1050nm，脉冲持续时间为98fs，基于同样的三倍频装置，利用1mm长的I类相位匹配偏硼酸钡晶体，在7.4W入射基频光条件下获得了1.48W的350nm紫外激光，红外-紫外效率达20%。 3.基于三硼酸锂晶体进行了脉冲自压缩的实验研究。实验采用了与倍频相似的实验装置，先将光路调整至能获得最大倍频效率，再通过转动晶体角度用来实现相位失配，通过光谱仪和自相关仪分别测定了通过三硼酸锂后的剩余基频光的光谱半高全宽和脉宽，通过观察数据并进行了分析，初步将105fs的脉宽压缩至78fs。
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