利用“泵浦-探测”非共线双等离子体通道方法实现三次谐波增强。 泵浦光与探测光间的耦合作用能有效改善探测光光丝中的饱和效应, 克服光强钳制对谐波强度增加的限制。 实验中将两束能量分别为4.4和10.2 mJ、 中心波长均为810 nm、 脉宽均为60 fs的超短脉冲在空气中非共线聚焦, 能各自形成光丝且产生微弱三次谐波。 当强光在时域上超前于弱光时, 强光会预先成丝形成等离子体通道, 对后续弱光产生调制, 使探测光产生的三次谐波强度明显增强。 实验发现270 nm谐波能量增加的显著区域内频谱宽度出现振荡变化, 当两光以27.3 mrad小角度相交于几何焦点前约15 mm, 且探测光滞后约55 fs时, 获得的能量增长倍率达到近70倍, 对应谱宽约为5 nm。

采用等频非共线双光丝诱导的方法,在氮气中对轴向三次谐波光谱的调制进行了实验研究。其中光丝由中心波长820 nm、脉宽70 fs、重复频率10 Hz、单脉冲能量分别为3 mJ和7 mJ的诱导光和激发光,经凹面镜非共线聚焦到氮气样品池中形成。实验中发现,当两束激光在时空交叠时,激发光束轴向三次谐波光谱的强度、中心波长和谱宽强烈地依赖于双光束间的时间延迟和气压。伴随延迟量的变化,实验中出现了光谱增强以及光谱加宽、变窄的现象。在氮气气压约为0.16 MPa,诱导光束超前约20 fs时,非共线双光束激发可使激发光轴向三次谐波信号强度提高约60倍,同时其谱宽由15 nm加宽至25.8 nm,频率带宽达100 THz。

中心波长808 nm，脉宽70 fs的钛蓝宝石激光系统三倍频后产生的中心波长268 nm、带宽1.5 nm、单脉冲能量0.58 mJ的紫外超快激光光源经凹面镜聚焦后注入到样品池氩气中，由强场非线性效应诱导形成了等离子体通道，并对紫外激光脉冲光谱进行展宽。实验着重研究了268 nm波段的紫外激光成丝特点，以及在不同气体压强、聚焦长度、气体种类等条件下紫外光丝对光谱的调制作用。在2.2×10⁵ Pa氩气气压、焦距1000 mm条件下，可以获得光谱宽度3.3 nm，加宽为入射紫外脉冲的2.2倍。实验观察到压强和聚焦长度的增加都有利于等离子体通道的增加，有利于光谱展宽。紫外激光诱导的等离子体通道为在紫外波段内获得极端超快激光脉冲提供了有效的途径。

采用两块大小均为10 mm×10 mm×0.2 mm 的BBO晶体级联的实验方案对中心波长为800 nm、脉宽70 fs、重复频率10 Hz的激光进行了倍频，针对BBO晶体的空间走离和相速度失配，分别调节两块倍频晶体的光轴夹角和基频光的角度匹配失谐量。实验表明，两块倍频晶体光轴反向平行可以补偿空间走离效应，一定的角度失谐可以补偿基频光和倍频光的相速度失配。在无聚焦情况下，使用两块BBO晶体级联相互配合优化将8.1 mJ的入射基频光倍频后得到带宽6.7 nm(傅里叶转换极限脉冲宽度为35 fs)、2.8 mJ以上的倍频光。其倍频效率高达35.7%，是同等条件下单块晶体倍频转换效率的1.7倍。

采用800 nm和400 nm两束飞秒激光脉冲在BBO晶体中同时满足相位匹配条件,产生差频、和频及其级联效应。实验运用了中心波长800 nm、重复频率10 Hz、脉宽60 fs及光斑直径7 mm的钛蓝宝石再生放大飞秒激光,输出约为10 mJ的能量以7∶3分束。其中7 mJ光脉冲用一块非线性晶体BBO倍频至400 nm获得1.45 mJ能量,然后与另一束800 nm的3 mJ基频激光以非共线方式注入到另一块BBO中,在兼顾和频与差频的相位匹配条件下,即晶体对于和频与差频相位匹配状态同时存在少量失谐时,会同时产生267 nm与800 nm的和频与差频效应,新产生光波与原入射激光脉冲又经过进一步非线性混频作用,最终得到多达10余束可见、紫外的一维列阵。分析了此级联非线性效应的产生机理并讨论了入射光强度,啁啾,延迟等因素对级联效果的影响。

中心波长为800 nm、脉宽为60 fs、重复频率为10 Hz的飞秒激光分为强弱两束，能量较强一束经I类相位匹配的BBO晶体倍频，之后与另一束光非共线和频得到三次谐波输出。实验得出基频和倍频光能量达到最佳配比时，三次谐波的转换效率最大；系统输出激光携带一定负啁啾可以补偿色散，提高三次谐波的转换效率。最终，当基频和倍频光的能量分别为2.38 mJ和0.588 mJ，系统输出激光带有9.66×103 fs2的负啁啾时，得到了中心波长为267 nm、单脉冲能量为230 mJ的三次谐波输出，其转换效率高达19%。

在升级5 TW/40 fs钛宝石激光系统的过程中, 伴随10 fs种子源的使用, 提出并研制了一种新型的共心衍射无像差展宽器和全能量压缩器。该展宽器的最大特点是通过平面镜反射使光束入射时所形成的衍射点与展宽后的还原点均在凹面镜的球心(即共心结构), 凹面镜不存在其它同类方法中的成像问题, 展宽函数中不涉及凹面镜的焦距和离轴量。该展宽器可将亚10 fs的种子脉冲展宽到纳秒量级, 且具有无像差、高带宽、结构紧凑、调整精度高等优点, 适合100 TW级超快激光系统中脉冲展宽。

实际量子密钥分发系统使用的单光子源主要是由弱激光脉冲经衰减得到。它不是理想单光子源而是服从泊松分布的准单光子源。每个非空光脉冲中包含多光子的概率不为零，强大的窃听者可利用此获得一些关于最终密钥的信息。因此，有必要研究实际QKD系统的安全性。采用对多光子进行分束窃听、单光子最佳攻击相结合的方案，用Shannon信息理论分析了基于弱相干光的实际QKD系统的安全性。研究结果表明实际QKD系统对于分束窃听和最佳攻击是安全的，并给出合法通信双方在该攻击方案下所容忍的误码率上限。

报道了在10 Hz飞秒再生放大超快激光系统中,运用可编程声光色散滤波器(AOPDF)对注入再生放大的种子光进行频谱整形和色散预补偿,使钛宝石激光系统输出光脉冲谱线半峰全宽由原来的38 nm展宽到66 nm,压缩后输出脉冲宽度从35 fs减小到20 fs。实验结果表明,利用可编程声光色散滤波器能够同时独立进行光谱整形和大范围内色散补偿的特性,可以有效抑制啁啾脉冲放大过程中存在的谱线增益窄化效应,补偿钛宝石激光系统中存在的残留色散。这为进一步研制小于20 fs, 10 TW量级钛宝石激光系统奠定了基础。