在基于光参量啁啾脉冲放大的拍瓦级超短超强飞秒激光装置中，光参量相位是阻碍脉冲时域压缩的关键因素。对中国工程物理研究院的数拍瓦全光参量啁啾脉冲放大装置（SILEX-II）的光参量相位演化进行了详细研究。研究结果表明，通过光参量放大过程累积的群延迟色散高达532 fs²，三阶色散高达5782 fs³，在未补偿光参量相位的情况下，压缩脉冲的时域峰值强度仅为傅里叶变换极限脉冲的43%。通过调节压缩器光栅间距，补偿了光参量相位的群延迟色散，将压缩脉冲的时域峰值强度增加至傅里叶变换极限脉冲的94%。研究结果为SILEX-II激光装置的脉冲时域压缩提供了有效指导，同时也为未来基于全光参量啁啾脉冲放大技术的10~100 PW高峰值功率激光器的设计提供了依据。

现代科技的发展对高频声表面波(SAW)器件的需求不断增加, 对其工作频率也提出了更高的要求。为了提高SAW器件的频率, 该文构建了一种IDTs电极分层布局的器件模型, 即IDTs/AlN/IDTs/R-sapphire结构, 并采用有限元法分析其声学性能, 包括导纳、相速度、机电耦合系数等。结果表明, IDTs/AlN/IDTs/R-sapphire结构可激发出瑞利波, 且当AlN压电薄膜厚度hAlN=0.4λ(λ为器件周期), 水平中心距Pb=4 μm时, 其工作频率为692 MHz, 传统的IDTs/AlN/R-sapphire结构器件提高了近1倍(356 MHz), 而此时机电耦合系数K2为0.3%, 比传统结构高。另外, 通过优化IDTs电极的结构参数可进一步改善、调制瑞利波器件的性能。当IDTs的上层铜电极和下层铝电极厚度之比Δh=1.2, Pb=4 μm, hAlN/λ=0.5时, 瑞利波器件的谐振频率为657.9 MHz, K2=1.27％; 当Pb=6 μm时, 瑞利波的工作频率为461 MHz, 机电耦合系数达到最大(K2max=1.34％), 较传统IDTs单层布局结构瑞利波器件分别提升了30%和300％。结果表明, IDTs电极分层布局结构不仅可有效地提高SAW器件的工作频率和机电耦合系数, 也可以降低高频SAW器件的制备难度。

提出了一种基于空谱干涉和远场的分步式短脉冲激光同步探测方法,先利用空谱干涉捕捉时间同步的大范围,再利用远场实现同步的高精度探测。采用数值模拟对基于空谱干涉和远场的同步探测进行了分析,研究结果证明了该方法的可行性。该方法兼顾了大范围和高精度的特点,且对光强要求不高,能确保大部分能量用于物理实验研究,适用于短脉冲激光系统。同时,该方法可用于等离子体参数诊断、短脉冲激光相干合成等领域的时间同步的测量与控制。

在无啁啾激光脉冲的非线性压缩过程中，基于级联倍频机制，对影响脉冲压缩的敏感因素——晶体位相失配量进行了理论分析和实验验证。当入射基频激光（即1ω光，波长为800 nm，脉宽为278 fs）进入I类二倍频β-BaB2O4(BBO)晶体后，随着晶体位相失配量的增加，基频光的输出脉宽先降后升，这种趋势可总结为“U”字形非线性变化；当位相失配量为40 mm-1时，脉宽缩至最小，此时脉宽压缩比最大。

探索了此领域的一种新型技术路线级联倍频压缩，重点分析了级联倍频压缩的物理思想与过程，在再次压缩技术条件的基础上，利用I类二倍频BBO晶体，对波长为800 nm的无啁啾基频光进行了原理验证实验，实现了2~3倍的压缩比，从而证明此技术的可行性，此为下一步的详细研究奠定了基础。

理论研究了影响Sagnac干涉法信噪比提升能力和效率的各项因素。通过控制脉冲的空间分布和衰减片透过率，能够有效提高Sagnac干涉法的效率。Sagnac干涉法提升信噪比的能力与入射脉冲的信噪比有关：入射脉冲信噪比越高，信噪比提升的量级就越大。在SILEX-Ⅰ超短超强脉冲激光装置上建立了实验平台。3 TW压缩器输出的超短超强脉冲光经衰减片进入Sagnac干涉仪，非线性介质为5 cm长的熔石英材料，衰减片透过率为55%。当入射脉冲能量为6.6 mJ时，利用三阶自相关仪测量得到脉冲的信噪比从使用Sagna干涉仪前的10-6提高到了10-7，此时出射脉冲的能量为1.6 mJ，效率为24%。该方法对光束口径没有限制，能够用于大能量条件下短脉冲信噪比的提升。signal-to-noise ratio of short pulse

输出能量的稳定性是超短脉冲激光装置的一个重要指标。为提升SILEX-I超短脉冲激光装置放大前级的能量稳定性，通过实验测量了放大前级的再生放大器和预放大器及其抽运光的能量稳定性，发现抽运光的能量波动对再生放大器的能量稳定性影响较大，是放大前级输出能量波动的主要来源。为解决这一问题，采用Frantz-Nodvik方程和统计方法对抽运光波动造成的主激光波动进行了理论分析和数值模拟。分析了多种稳定性提升措施，如导出延后、饱和放大和多束抽运光抽运等。采用稳幅器件有效地提高了输出能量的稳定性，放大前级的输出能量波动的均方根值从4%左右降到1%以下。

为了提高高功率激光光束质量和改善近场均匀性, 在SILEX-Ⅰ超短脉冲激光装置的泵浦光系统上进行实验, 研究了一种双光子吸收材料的光限幅特性及对激光近场的改善情况。利用泵浦光SAGA激光器输出的激光进行光限幅特性实验。结果表明:该材料具有明显的光功率限幅特性, 且透过率较高, 当入射光强小于0.60 GW/cm2时, 透过率大于90%。在SILEX-Ⅰ装置的泵浦光系统进行联机实验, 研究了该材料对激光近场均匀性的改善。实验结果表明:经过材料后, 激光近场均匀性和调制度有明显改善。using two-photon absorption material1

超短超强激光焦斑参数的精确测量是深入开展精密物理实验的前提。在SILEX-Ⅰ激光装置上, 采用光学成像法和穿孔法测量了μJ级能量下的激光焦斑特性, 采用光学成像方法得到了激光主瓣大小及能量集中度信息, 通过穿孔法得到了激光能量透过率与不同大小孔径的关系曲线, 并对两种方法得到的测量结果进行了比对研究。研究结果表明, 光学焦斑测量法和穿孔法都可以比较准确地反映激光焦斑的能量分布情况, 得到的能量分布偏差小于10%。

为了提高光束质量和能量集中度, 在SILEX-I超强超短脉冲钛宝石激光装置上进行了自适应光学波前校正系统实验研究, 研究了波前校正系统对波前畸变、远场焦斑及能量集中度的改善情况。该系统基于相位共轭原理, 主要由哈特曼波前传感器、变形镜、电控单元及控制软件等组成。实验结果表明：进行波前校正后, 波前峰谷值从1.885 μm下降到0.438 μm, 均方根值从0.379 μm下降到0.052 μm；远场焦斑有明显改善；超过峰值通量1/e2的区域的能量与总能量之比为72.4%。