在第五谐波产生过程中，利用角谱分解和分步傅里叶方法实现退出补偿（walk-off compensation）与光束质量优化

《Optics & Laser Technology》：Walk-off compensation and beam quality optimization in fifth harmonic generation with angular spectral decomposition and the split-step Fourier method

　　

新华国|何天阳|白航宇|周海东|崔硕超|王海林|朱光志|朱晓

摘要

本研究探讨了在第五谐波产生过程中，由于I型临界相位匹配中的空间走离效应导致的光束质量下降问题。我们建立了一个基于分步傅里叶方法的非线性数值模型，该模型能够准确模拟空间走离效应和复杂的非线性耦合过程。通过同时考虑不同传播方向上的相位失配和折射率分布，该模型能够模拟晶体内部的光束演化和谐波转换过程。利用该模型的参数优化功能，系统分析了走离效应对光束质量和转换效率的影响。我们设计并实验验证了一种预整形方案，该方案通过沿走离方向（y轴）扩展光束来补偿走离效应，同时在非走离方向（x轴）保持紧密聚焦，从而保持高功率密度。实验使用中心波长为1547纳米（平均功率16.7瓦，重复频率1兆赫，脉冲宽度2.8纳秒）的激光器进行测试，结果表明：椭圆形聚焦技术使输出光束的功率从1.338瓦提高到0.68瓦（转换效率为4.07%），同时光束质量因子从1.338提高到了1.071。进一步验证表明，这种优化方案也提升了后续第七和第八谐波产生的输出功率和光束质量。这种方法为生成高功率、高质量紫外激光器提供了一种有效途径。