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。

用变分法讨论了飞秒脉冲在块状透明介质中超连续谱的产生，结合频谱展宽与非线性相移的关系，讨论了块状介质的长度、抽运光的功率、光束口径、透镜的焦距以及介质与透镜的相对位置对超连续谱光谱宽度和光谱稳定性的影响，结果表明入射功率为几倍自聚焦阈值功率时，超连续谱光谱稳定性最好。为实验上获得稳定的超连续谱光谱输出提供了理论指导。

增益窄化效应限制了啁啾脉冲放大系统输出的最短脉冲宽度,需要对注入放大系统的种子啁啾脉冲进行光谱整形,以保证放大后的啁啾脉冲光具有足够的带宽并满足特定的光谱分布。理论上假定放大后啁啾脉冲的光谱分布为高斯分布或超高斯分布,对“百焦耳级钕玻璃啁啾脉冲放大系统”进行逆运算。研究发现,所需种子啁啾光的能量、带宽以及压缩后脉冲的信噪比都与该分布密切相关。通过光谱整形,使放大后的啁啾脉冲光的光谱分布为二阶超高斯分布,能够获得小于400 fs高信噪比的超短脉冲输出,此时所需种子啁啾脉冲能量仅为33 μJ,带宽14 nm,在装置前级注入能力的范围之内。为百焦耳装置光谱整形实验的开展提供了理论指导。

In this article, we present some new progress in the tiled-grating field which mainly includes the theoretical description of all the errors existing in the tiled-grating system and the experimental setup used to eliminate the errors.

The problem of the intense femtosecond pulse with elliptical transverse distribution propagating in air is reduced to an analogous problem of a particle moving in a two-dimensional potential well using variational method. Different types of initial conditions are considered to provide direct physical insight of how the self-focusing and defocusing mechanisms can lead to long distance propagation and refocusing phenomenon. The difference between elliptical and circular transverse distribution beams is compared and discussed. The results are coincident with direct numerical simulations.

块状介质超连续谱由一系列复杂的非线性过程产生.用两路飞秒泵浦光聚焦到熔石英玻璃上得到两束独立的超连续谱,实验上观察到它们形成的稳定干涉条纹;改变两路泵浦光的时间延迟,得到共线超连续谱形成的频率梳.实验证明,块状介质超连续谱的产生保持了泵浦光的相位锁定关系,泵浦光能量抖动和介质的缺陷都不会对超连续谱的相位带来明显的扰动.

利用傅里叶光学方法,建立了一个基于远场的多束超短脉冲相干合成的理论模型.研究了一个口径为50 cm,脉宽为1 ps的超短脉冲相干合成系统的各种误差对脉冲远场时域和空域特性的影响.结果表明:若要求远场的一倍衍射极限区域的积分能量分布达到理想情况下的90%,该系统的相位延迟误差小于0 63,沿x方向角度误差小于0.37 μrad,沿 y 方向角度误差小于0.34 μrad;若要求远场叠加脉冲的时域展宽小于25%,系统的剩余啁啾因子应小于1.32(不考虑相位延迟)或1.52(考虑0.63的相位延迟).

从(3+1)维非线性薛定谔方程出发,理论上分析了超短脉冲频谱展宽与自聚焦的影响因素.分析得出:通过改变泵浦光的功率和光束口径,可以实现光谱的极大展宽并避免自聚焦成丝.数值模拟了小口径强泵浦光束在BK7玻璃中的传输过程并进行了实验验证.模拟结果显示在超连续谱产生的同时小尺度调制被完全抑制.实验结果表明:降低泵浦光功率,使光束不会因为全光束自聚焦而发生塌陷,同时还能控制除自聚焦外的其它非线性效应,进而改善近场光束质量.由于自相位调制是超短超强脉冲产生超连续谱的重要机制之一,需要维持传输过程中的泵浦光功率,由此最佳的入射光功率应选在全光束自聚焦功率阈值附近.

快中子照相中,基于反冲核原理探测快中子的有机闪烁体平板是普遍采用的快中子辐射转换体.模拟了D-T中子垂直入射BC400闪烁体平板,计算了不同厚度平板闪烁体的点扩展函数,对14.1 MeV快中子照相中闪烁体固有分辨率随厚度的变化进行了研究.计算结果表明,在不考虑二次中子与闪烁体作用及背景噪声等情况时,点扩展函数几乎不依赖于闪烁体厚度.同时,计算还表明在一定的分辨率范围内,由于荧光收集效率的限制,闪烁体厚度增加并不会改善图像对比度.

模拟了14 MeV中子在穿透样品后与闪烁体光纤的作用.对每根光纤中的能量沉积进行了计算,并转换成可见光(496 nm)光子数.在模拟实验中,分析了影响图像质量的因素.计算了散射中子本底与闪烁体和样品(聚乙烯)间距的关系.当间距为cm量级时,散射中子本底对图像的影响很小.计算表明系统对样品的甄别厚度与入射中子总数有关,在一定范围内近似与中子总数的对数成线性关系.通过模拟结果给出了理想平行中子束入射情况下系统的平面分辨率.