为了提高神光II 5 PW (SGII-5 PW) 超短脉冲激光系统的运行安全性, 针对大能量光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)光束近场分布均匀性问题, 从理论上进行了数值模拟, 并与实验数据进行了对比分析。在1 PW级放大器模拟中, 以预放大器以及神光II大能量抽运脉冲的测量数据为基础, 利用参量耦合波方程组数值模拟方法, 得到了近场填充因子与光通量对比度在光参量放大过程中的演变, 并结合转换效率与输出稳定性进行讨论, 得到了对应于高光束质量、高转换效率与高稳定性的非线性晶体长度优化范围, 结果还表明抽运光对放大后光束均匀性影响较大, 进一步提升神光II第7路光束质量是大幅提升第2级OPCPA (OPCPA-II)光束均匀性的切实途径。

本文采用共线和非共线两种大动态范围扫描三阶相关技术测量飞秒激光脉冲，并对其测量结果及其特征进行了理论和实验分析。实验发现，共线式扫描三阶相关方法由于存在基频光在空气中通过三倍频过程直接产生三次谐波的现象，导致实际能够测量的动态范围下降；而非共线式扫描三阶相关技术虽然对脉冲强度具有较高的动态测量范围，但非共线夹角和光斑的大小对测量脉冲宽度有很大的影响。理论计算和实验结果表明，非共线情况下，入射到和频晶体上的光束夹角和光斑直径越大，测量得到的脉冲宽度也越大。共线和非共线两种方式均不影响对次脉冲位置的判断，但由于非共线式三阶相关测量得到的脉冲宽度增加，主脉冲附近的小脉冲结构或者距离较近的两个脉冲将会难以分辨。

The non-collinear phase-matching of 808 nm centered optical parametric amplification(OPA) is analyzed in detail in potassium dideuterium phosphate (DKDP) crystal. Phase-matching parameters for various deuteration DKDP crystals are calculated based on the concepts. Optical parametric chirped pulse amplifier(OPCPA) based on 95% deuteration DKDP crystal is designed and the output characteristics are simulated by OPA coupled wave equations for further discuss. It is concluded that DKDP crystals higher than 90% deuteration level can be utilized in ultra-short high power laser systems with compressed pulses broader than 30 fs. The disadvantage is that the acceptance angles are small, increasing the difficulty of engineering regulation.

针对在808 nm 波段的光参量放大系统(OPA)，详细分析了氘化磷酸二氢钾(DKDP)晶体非共线相位匹配的非线性过程。通过数值计算，给出了不同氘化率的DKDP 晶体参量匹配特性以及匹配参数；在此基础上，利用OPA 耦合波方程组分析了基于氘化率为95%的DKDP晶体的光参量啁啾脉冲放大器(OPCPA)的输出特性。结果显示，对大于30 fs 压缩脉宽的超短脉冲激光系统，氘化率为90%以上的DKDP 晶体具有足够的增益带宽与能量提取效率，但接收角较小，增加了工程调节难度。

利用准相位匹配技术，在一块具有二维高对称性超晶格的铌酸锂非线性光子晶体中，实现了930~1307 nm激光波长区间中红、橙、黄、绿、蓝等至少5个波段的非共线准相位匹配倍频光斑对。入射基频波长由1118.8 nm下降约52 nm的过程中，除了在波长为1081.4 nm时产生的一个共线倍频光斑，其他波长均为一对非共线倍频绿光斑。入射光波长为1234.5 nm时，屏幕上至少有三对黄色光斑。当基频波长由1306.1 nm减小为1302.6 nm时，非共线倍频红色光斑对之间的间距由3.5 mm增加为5.5 mm，且非共线光斑呈现三角形形状。

主要通过理论和实验研究相位匹配角和非共线角对三硼酸钙钇(YCOB)晶体光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)的放大光谱产生的影响。理论上，通过数值模拟计算发现，基于YCOB-OPCPA的放大光谱对相位匹配角和非共线角的变化均比较敏感，当相位匹配角或非共线角有微小变化时，增益光谱将会出现中心波段漂移和窄化现象，但当非共线角在2.80°~2.91°之间变化时，总能找到一个理想的相位匹配角与之匹配，满足带宽大于80 nm的宽带OPCPA放大。为了获得高效率宽带OPCPA放大输出，提出一种基于高精密CCD的非共线角的测量方法，并利用该方法在实验中研究了不同非共线角下YCOB晶体OPCPA的光谱增益特性，并获得宽带放大光谱，为单次OPCPA调试实验提供参考。

以三次谐波自相关测量原理为出发点，研究了其和频过程中BBO晶体的表面散射杂散光。详细推导了由晶体表面散射引入的杂散光的具体表达式，定量分析了其对和频过程中输出信号的对比度的影响。分析表明，杂散光强度与晶体表面粗糙度有一定的关系。晶体表面粗糙度为激光波长的1%时，引入的杂散光噪声约为10-8。表面越光滑，引入的噪声越小。

针对近些年发展的相关光子定标方法在光学计量方面的应用需求,在理论上分析了I类非共线自发参量下转换(SPDC)光谱的 分布,并考虑完全相位匹配和相位失配两种情况下, 355 nm连续激光光源泵浦I类非共线BBO晶体产生自发 参量下转换信号光的分布曲线。数值模拟结果表明,这两种情况下,I类非共线SPDC产生的光谱分布一致。最 后设计了SPDC光谱分布测量实验,实验表明, I类非共线SPDC光谱分布与数值模拟结果相同。