高强度二阶光参量过程中三阶非线性相位调制的影响及其控制理论研究

二阶光参量过程在高功率激光系统中扮演了重要角色。高强度条件下的二阶光参量过程将受到三阶非线性效应的影响。过去对三阶非线性影响的认识，主要局限于依据B积分判据限制输入光强及通过空间滤波抑制小尺度自聚焦。在本项目中，我们以高强度二阶光参量过程为背景，以相位的传递和放大这一关键机制为核心，在三个层次模型的基础上研究三阶非线性相位调制对光参量过程"量"和"质"的影响。并针对三阶非线性相位调制对高强度二阶光参量过程影响的根源-相位畸变的产生和传递，从两方面探索其控制方法：1）利用相位失配的二阶级联非线性产生符号、大小及分布可控的相位调制，对输入光进行无损耗预补偿；2）对光参量过程中的相位传递和放大进行阻断。通过本项目的研究，可以明确三阶非线性相位调制对二阶频率转换过程的影响并建立系统的控制理论。研究结果有望应用于我国的大型高功率激光工程项目，为高功率激光光参量环节的优化、控制和提升提供理论依据。

本项目以高强度二阶光参量过程为背景，以相位传递和畸变这一关键机制为核心，研究了三阶非线性相位调制对光参量过程“量”和“质”的影响，并针对三阶非线性相位调制对高强度二阶光参量过程影响的根源-相位畸变的产生和传递，探索其控制方法。我们基于建立的理论模型和与之相对应的数值模拟程序，取得了以下几个方面的研究结果：（1）明确了参量过程中三阶非线性相位调制的行为及其对光束传输、转换效率、聚焦性能、以及相位畸变的影响；（2）得到了高强度、有边界、或非局域响应情况下级联非线性过程中的相位调制规律；（3）发展了针对三阶非线性相位调制对高强度光参量过程所构成不利影响的主动和被动控制方法。本项目的研究结果可为高功率激光光参量非线性环节的优化、控制和提升提供理论依据。