兆赫兹CEP稳定的中红外OPCPA机理与技术研究

研究用光学参量啁啾脉冲放大技术(OPCPA)产生MHz载波-包络相位(CEP)稳定且脉宽小于50飞秒的高峰值功率中红外超短脉冲激光的机理与技术。理论上系统地研究高重复率CEP稳定的中红外飞秒激光脉冲产生及其OPCPA放大的物理机制，建立中红外OPCPA理论模型；实验上研究CEP稳定的中红外飞秒激光脉冲的产生及其高效超宽带OPCPA放大的方法与技术，研究高功率光纤激光全光同步抽运的MHz中红外OPCPA新技术以及能支持极短中红外飞秒脉冲放大的超宽带高增益参量放大器及其新方法，研究解决如何在中红外OPCPA放大中提高转换效率、光束质量、稳定性以及信噪比等关键技术难题；研究新型高效率、高束质、高稳定的兆赫兹CEP稳定的中红外OPCPA高峰值功率超短脉冲激光源。研究探索高重复率高峰值功率CEP稳定的中红外超短脉冲激光源发展的新途径，为强场物理和超快光学等研究领域提供新的技术手段，研究意义重大。

近年来，中红外激光技术一直是人们在非线性光学和光谱学领域中的研究热点。高重复频率CEP稳定的中红外OPCPA超短超强激光技术在超快光谱学、光频标测量学、阿秒科学等前沿领域，以及工业、医学和国防等应用领域具有重大的应用价值，为强场物理和超快光学等研究领域提供了一种新的技术手段。本项目开展了CEP稳定的中红外OPCPA技术的理论和实验研究，发展建立了中红外超短脉冲产生和放大的理论模型，进行了全光方法实现载波包络相位稳定的理论研究；理论研究了中红外OPCPA光束质量控制与提升技术；理论研究了基于周期极化非线性晶体的中红外超宽带高增益光参量放大技术；研究了皮秒脉冲在光子晶体光纤中的超连续谱产生技术并进行了实验验证；提出并理论研究了CEP稳定的闲频光相干合成产生CEP稳定的单周期中红外激光脉冲的新技术；研究和设计了基于KTA晶体的高功率高效率中红外激光技术并进行了实验验证；理论研究了基于硅基波导的超连续谱产生技术；理论研究了硅基波导中的高效中红外光学参量放大技术；提出并实验验证了基于相位共轭波和偏振旋转的激光脉冲信噪比提升技术；理论研究了基于光纤Sagnac环的激光脉冲信噪比提升技术；研究和设计了CEP稳定的中红外OPCPA并进行了实验验证。本项目的研究结果为CEP稳定的中红外OPCPA技术应用于强场物理和超快光谱学等领域以及相关科学前沿、相关战略高技术与交叉学科的创新发展提供了关键理论和技术基础。