1 张江实验室，上海 201210
2 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室，上海 201800
3 上海科技大学，上海 201210
超强超短激光在空间上具有大口径、在时间上具有短脉冲，因此极易产生时空耦合效应，例如脉冲前沿畸变，使得脉冲前沿和相位前沿发生时空分离，通常表现为脉冲前沿倾斜或弯曲，不利于获得预期的高聚焦光强。但当这种脉冲前沿畸变（控制）用于产生X形光波包时，却增加了一维全新的自由度，实现了光波包群速度和群加速度的自由控制，可获得超光速、亚光速、加速、减速，甚至动态可控的群速度。通过综述脉冲前沿畸变（控制）在超强超短激光中的不良影响和在X形光波包中的特殊效果，旨在为同一光学现象在不同研究方向间的交叉应用提供些许思考。
时空耦合 脉冲前沿 相位前沿 X形光波包 群速度 群加速度 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0500001
1 南京大学物理学院固体微结构物理国家重点实验室，江苏 南京 210093
2 南京大学物理学院人工微结构科学与技术协同创新中心，江苏 南京 210093
具有莫尔角的光学莫尔晶格使能带平坦化，为激光超短脉冲的脉宽调控提供了新的思路。通过组合两种不同周期的光子晶格，构建3种人工合成莫尔角逐渐增大的光学莫尔晶格，实现了莫尔晶格能带的平坦化。通过理论分析莫尔晶格的能带色散，发现人工合成莫尔角较大的莫尔晶格具有丰富的群速度色散，这导致了脉宽的剧烈变化。实验上，使用自相关仪测量了超短脉冲经莫尔晶格后的脉宽。在理论和实验上证明了莫尔晶格对超短脉冲脉宽的精准调控。提出的莫尔晶格对激光脉冲压缩器件的研究具有重要意义。
光学莫尔晶格 超短脉冲 群速度色散 自相关仪 脉宽调控 光学学报
2023, 43(20): 2032001
中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，四川 绵阳 621999
为了快速准确地测量薄壁结构的局部弹性模量，提出了Lamb波双模共振法，采用脉冲激光作用薄板表面诱导产生Lamb波，结合频谱中的零群速度（ZGV）共振和厚度共振计算薄板的局部泊松比和局部体波波速，进而结合所测密度求得局部弹性模量。为了验证双模共振法的准确性，实验采用高频纵波探头和纳米压痕仪测量了相关参数。结果表明：Lamb波双模共振法利用S1模态ZGV共振结合其他模态厚度共振或ZGV共振，能够快速准确地计算出薄板的局部泊松比和局部体波波速，这对于实现薄壁结构件弹性模量的在线监测具有重要意义。
测量 激光超声 Lamb波 零群速度共振 厚度共振 局部弹性模量 中国激光
2023, 50(13): 1304004
中红外-近红外频谱转换是实现诸多中红外波段应用的重要技术，转换效率和调谐范围通常由于泵浦-信号频率失谐量大而受限。提出一种新型As2Se3硫系光波导，通过色散调控对波导结构进行优化设计，使光波导在2 μm波长附近具有正常群速度色散及负的四阶色散，达到泵浦-信号频率失谐量大的四波混频过程的相位匹配。研究了该波导的中红外-近红外频谱转换性能。结果表明，当泵浦光波长位于靠近零色散点的正常色散波长区时，可以实现宽范围可调谐的高效率频谱转换。通过调节泵浦光波长在（1955±30） nm范围内变化，实现了2.7~6.2 μm中红外光波的频谱转换及参量放大，可调谐范围达到3.5 μm。该波导有望应用于宽可调谐中红外激光产生及中红外信号的高灵敏度探测。
非线性光学器件 集成光学器件 群速度色散 四波混频 激光与光电子学进展
2022, 59(3): 0323003
1 电子科技大学物理学院, 四川 成都 611731
2 中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所, 上海 201800
高效宽带的三次谐波转换是激光惯性约束聚变驱动器的关键技术之一。超辐射光的宽带特性以及宽、窄带和频方案为这一研究提供了新的实现途径。本文基于超辐射光特性,建立了其三倍频过程数值计算模型,并分析了时间高相干基频光与超辐射倍频光和频的效率和光谱特性演化。与超辐射光直接三倍频相比,宽、窄和频方案能够有效地减小群速度失配对超辐射光三倍频效率的影响,可以将超辐射光三倍频效率提升至44%,输出三倍频带宽可达到1.9 THz,该结果可指导超辐射光三倍频系统的设计与相关实验研究。
非线性光学 超辐射光 非线性频率转换 群速度失配 中国激光
2021, 48(21): 2108001
1 山东大学晶体材料研究所,晶体材料国家重点实验室, 山东 济南 250100
2 齐鲁工业大学(山东省科学院)新材料研究所, 山东 济南 250014
3 山东大学光学高等研究中心, 山东 青岛 266237
四元锂-硫化合物具有较高的非线性光学(NLO)系数以及较宽的带隙,是一种具有较高应用潜力的非线性光学晶体。较高的热导率是非线性光学晶体综合性能的重要保障,可以保证非线性光学器件在实际应用中正常运行。然而,由于目前合成的四元锂-硫化合物的晶体尺寸通常较小,实验中难以测量其热导率,因此,采用第一性原理计算方法研究四元锂-硫化合物Li2BaSnS4的热导率,并通过与类似的三元硫化合物LiGaS2进行对比,探讨其晶格热导率的微观来源。研究发现,Li2BaSnS4的晶格热导率较三元硫化合物LiGaS2低,一方面是因为引入的Ba与S生成较弱的离子键,降低了声子群速度,另一方面是因为Ba的引入导致声子的非简谐效应增强。
中国激光
2021, 48(12): 1208003
兰州交通大学电子与信息工程学院，甘肃 兰州 730030
为了获得优异的慢光性能，设计一种在逆时针旋转45°的完整正方晶格的中心行及与其相邻的第二行引入非本征缺陷棒的光子晶体波导（PCW）。引入的连续腔作为电磁能量的存储器和光速减速器，用于PCW中的慢光传输，也适用于光通信、光计算和光信号处理领域。采用平面波展开法研究所提结构的慢光传输特性，分析了结构参数对慢光性能的影响，最终在归一化延迟带宽积（NDBP）达0.40的情况下，带宽达到23.37 nm。所提结构的设计方法为进一步提升具有高带宽和高NDBP慢光的存储容量提供了重要的理论依据。
光学器件 光子晶体波导 慢光 群速度 群速度色散 归一化延迟带宽积 激光与光电子学进展
2021, 58(7): 0723002
1 南京理工大学理学院, 江苏 南京 210094
2 南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
研究了温度对铝合金薄板中零群速度(ZGV)Lamb波频率的影响。建立了基于多普勒测振仪的全光学探测与脉冲激光激发不同温度的铝合金薄板中S1-ZGV模式的实验系统,得到铝合金薄板中S1-ZGV模式频率随温度的变化。随着温度从20 ℃升高到370 ℃,实验结果表明S1-ZGV模式频率减小了10.4%,理论计算结果表明S1-ZGV模式频率减小了10.9%,实验结果与理论结果比较吻合。进一步从理论上分析了铝合金薄板的厚度、泊松比和横波波速对S1-ZGV模式频率的影响,结果表明:当温度从20 ℃升高到370 ℃时,厚度对S1-ZGV模式频率的影响最小,横波波速对S1-ZGV模式频率的影响最大。
激光技术 激光超声 零群速度 数值模拟 温度 铝合金薄板 中国激光
2019, 46(12): 1202005
1 哈尔滨理工大学 理学院 物理系, 哈尔滨 150080
2 黑龙江大学 物理科学与技术学院, 哈尔滨 150080
对折射率线性调制晶体中超短脉冲倍频特性进行了数值计算, 在泵浦衰减的情况下, 研究了转换效率和脉冲宽度随匹配带宽和晶体长度的变化.大信号时各频率成份在晶体不同位置的不平衡转换致使脉冲展宽, 且由于折射率的调制, 脉冲宽度和转换效率出现了周期性变化.同时, 分析了谐波脉冲啁啾随晶体长度和带宽的变化, 发现随着晶体长度的增大, 归一化最佳啁啾系数先增大后减小, 在长晶体时趋于1, 其极大值位置决定于本征带宽和调制带宽.讨论了相位失配量对转换效率和脉宽的影响, 结果表明失配因子y决定了中心频率的匹配位置, 当y=0时, 中心频率在晶体中心匹配, 这有利于提高转换效率并减小脉冲宽度.
非线性光学 频率变换 数值计算 折射率调制 群速度匹配 局域化相位匹配 Nonlinear optics Frequency conversion Numeric calculation Refractive-index modulation Group velocity matching Localized phase matching
