基于飞秒脉冲同步泵浦光学参量振荡器(SPOPO)产生的时域多模非经典光场与空间的厄米高斯多模相结合, 可以产生具有时空多模特性的非经典光场, 将有望进一步扩展量子信道容量并且进行量子测量。为了实现SPOPO中多横模共振所搭建的非平面环形腔, 其在补偿了像散的同时引入了光束的图像旋转。本文就这一问题, 采用了高斯光束反射坐标系的构建方法, 分析了非平面环形腔中坐标旋转的成因。并且进一步使用多光束干涉的方法理论上计算了当光束在谐振腔内一圈旋转3.26°的情况下总旋转角为25.641°。通过实验模拟验证了理论计算的正确性, 并分析了在不同的坐标旋转角以及在不同透射率透射镜的情况下腔镜输出模式的旋转角度, 得出了输出模式旋转角度与二者的关系, 为进一步优化SPOPO系统和研究非平面腔SPOPO中的多模纠缠关系提供了依据。

研究了窄间隔脉冲串同步泵浦条件下，基于KGd（WO₄）₂（KGW）晶体的反斯托克斯光的产生。采用KGW晶体作为拉曼晶体，脉冲串皮秒激光器作为泵浦源，波长为1064 nm，脉冲重复频率为1 kHz。采用平平腔、平凸腔、凹凸腔三种结构分别作为同步拉曼腔，分别研究了三种腔结构下产生反斯托克斯光的阈值。实验证明，同步拉曼腔采用平凸腔、凹凸腔结构时，产生了阈值低于二阶斯托克斯光的反一阶斯托克斯光的低阈值输出和高阶反斯托克斯光输出，其中平凸腔结构下高阶反斯托克斯光的阈值更低。

飞秒脉冲同步泵浦光学参量振荡器(SPOPO)可以产生非经典光学频率梳,在时域多模量子光场基础上,引入光场的空间自由度,可以获得具有时空多模特性的新型压缩态光场。这种多模压缩态可以同时实现波分复用和空分复用,是扩充量子信道容量、实现量子计算的重要工具。由于SPOPO中凹面镜的入射(出射)光线与法线通常具有一定的折叠角,其引入的像散导致某些同阶数高阶模式(例如厄米高斯01和10模)在腔内产生的Gouy相位不同,无法在腔内共振,从而限制了空间多横模压缩态的产生。本文在理论上计算了SPOPO中子午面和弧矢面产生的光束腰斑大小、位置及Gouy相位差,提出了一种补偿像散的方案,实验上实现了SPOPO内的厄米高斯01与10模的同时共振。

为了实现内腔型光参量振荡器(OPO)的调Q锁模脉冲输出, 通过设计并匹配OPO谐振腔和基频激光腔的腔长, 满足了同步泵浦条件, 最终在实验上得到了信号光的调Q锁模输出; 在实验中, 采用氙灯泵浦Nd: YAG作为基频激光, 以KTP晶体为非线性转换介质, 采用电光开关作为调Q手段, 测量了OPO的近红外信号光的输出波形、输出能量、光谱构成等输出特性。在泵浦能量12.8 J、调制频率20 kHz时, 得到了锁模深度为100%的信号光输出, 并发现信号光锁模脉冲重复率依赖于基频激光; 得到了调Q锁模信号光输出能量随泵浦能量、电光调制频率的变化关系。

搭建了Nd:YVO₄/SESAM锁模激光器,采用LDA泵浦的Innoslab对其进行功率放大,最后同步泵浦MgO:PPLN实现了宽调谐皮秒中红外光参量运转。通过改变MgO:PPLN的温度和通道,实现了信号光1415~1557 nm、闲频光3362~4290 nm范围的宽调谐输出,其中最高的光光转换效率为17.5%。同步泵浦功率为16 W,脉冲重复频率为116.9 MHz时,同时获得1.33 W的1518 nm信号光和1.26 W的3558 nm闲频光输出。

用中心波长为850 nm, 重复频率为76 MHz, 脉宽为130 fs的飞秒脉冲光产生二次谐波, 泵浦TEM01模的同步光学参量振荡器, 实验上获得了TEM01模大约4倍的经典增益, 并给出了理论分析。这是产生高阶模飞秒脉冲光非经典频率梳的重要步骤, 理论预计该增益下可以得到-220 dB的TEM01模脉冲压缩光。