超快光学参量振荡器(OPOs)是获得高重复频率、高平均功率、宽光谱调谐脉冲输出的理想途径,为化学、生物、纳米光子学等领域的研究提供了强有力的手段。随着掺Yb ³⁺光纤飞秒激光器输出功率的不断提升及非线性晶体制备工艺的成熟,Yb光纤激光器泵浦的飞秒OPOs发展势头变得锐不可挡。回顾了近年来光纤飞秒激光器泵浦的OPOs的研究进展,介绍了利用飞秒OPOs拓宽波长覆盖范围、提升脉冲重复频率、获得少周期脉冲产生、实现结构光场输出的具体技术方案。最后介绍了飞秒OPOs在纳米光子学、拉曼光谱技术领域的应用。

研究了基于腔外螺旋相位调制获取高峰值功率飞秒准径向偏振光的方法, 结果表明该方法所产生的并非完全纯净的径向偏振光, 其径向分量决定了聚焦后纵场的分布, 而径向和角向分量共同影响了横场的分布.根据Richard-Wolf矢量衍射理论模拟得到不同纯度下的少周期飞秒准径向偏振光在焦点附近的电场的时空矢量分布, 发现其具有中心对称和震荡衰减特点, 载波包络相位将对聚焦场的矢量时空分布产生显著影响, 从而对飞秒脉冲与电子在聚焦场中的相互作用产生影响.研究结果可为进一步的激光粒子加速分析以及偏振转换器的设计提供依据.

建立聚焦数值模型, 分析少周期径向偏振光聚焦光场的强度以及电场矢量方向周期性变化规律, 对比无啁啾少周期径向偏振光脉冲及连续光束聚焦光场的时空电矢量及强度分布.结果表明, 光强从聚焦光斑中心处向四周迅速减小且振动方向周期性变化; 在相同能量下, 相比于连续光, 脉冲光的聚焦光斑更小, 峰值功率更强; 通过控制光程, 无啁啾少周期径向偏振光束聚焦场的前向电场强于后向电场, 适合于激光电子直接加速.该结果对指导利用少周期径向偏振光进行激光电子直接加速的方案设计及超快显微成像和超快探测具有参考意义.

研究了少周期脉冲串作用下三能级原子中的布居转移和相干布居捕获现象.在非旋波近似的情况下求解了密度矩阵方程.研究结果表明在等时间间隔的锁相脉冲作用下, 系统能级的布居逐步转移并积累, 系统基态相干也逐步积累.在满足脉冲重复频率为基态能级频差的整数分之一倍时, 三能级系统和频率梳中两梳齿频率成分作用形成相干布居捕获现象, 原子暗态布居值达到最大, 介质对脉冲透明.在适当选取少周期脉冲参量的情况下, 在0.5个ns的时间内三能级系统相干性演化到最大后到达稳态, 相干布居捕获发生.与脉宽为100个fs的多周期脉冲相比, 少周期脉冲串在介质中建立相干布居捕获的时间缩短两个数量级.由于频率梳中与三能级系统发生作用的梳频成份有相同的频移, 相干布居捕获的条件双光子共振仍然满足.因而,当两基态能级频率差较大时, 如果选取少周期脉冲载波频率为系统能级1至2和1至3的传输频率之和的一半ω=(ω1+ω2)/2, 室温下原子热运动的引起的多普勒频移并不会破坏相干布居捕获.