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超连续光谱产生是非线性光学的重要前沿研究课题之一,在超短激光脉冲产生、载波包络相位(CEP)锁定、高次谐波物理、单阿秒激光脉冲驱动、光学频率梳及激光光谱学等领域有着广泛的应用。目前,产生高能量超连续光谱最常用的方法是将放大后的飞秒激光注入空芯光纤进行非线性光谱展宽。虽然采用空芯光纤具有光束质量好、光谱宽等优势,但是所输出的激光能量不稳定、光束指向性较差,更重要的是空芯光纤的输出能量一般限制在毫焦量级,无法支持高通量单阿秒脉冲产生及测量等实验。针对以上情况,本论文开展了利用固体薄片材料替代空芯光纤来进行高能量非线性光谱展宽的研究工作,所取得的重要进展有:1:采用输出单脉冲能量0.8 mJ、脉宽30 fs、中心波长800 nm、重复频率1 kHz的飞秒钛宝石激光(Femtopower Compact Pro CEP)为驱动源,7片0.1 mm厚的熔融石英薄片为自相位调制介质,设计建造了基于固体薄片材料的非线性光谱展宽系统,在0.2 mJ能量的激光脉冲驱动下,得到了总能量0.18 mJ的倍频程超连续光谱。进一步通过扩大激光腰斑以及调整熔融石英薄片之间的距离,依次在0.4mJ和0.8 mJ的能量驱动下,相应获得了总能量分别为0.35 mJ和0.7 mJ的倍频程超连续光谱输出,最大转换效率达87.5%。2:研究了固体超连续光谱的产生机制及色散补偿特性,结合实验证实了导致非线性光谱展宽的主要因素是自相位调制和自陡峭效应,利用啁啾镜补偿色散,获得了脉冲短至5.4 fs的压缩脉冲。3:开展了固体薄片组展宽400 nm飞秒激光光谱的实验研究,得到了光谱覆盖350nm到450nm的连续谱。进一步结合啁啾镜补偿色散的脉冲压缩技术,将33 fs的400 nm蓝光飞秒激光脉冲压缩到了8.6 fs的宽度。4:利用固体薄片产生的倍频程光谱,实现了载波包络相位(carrier-envelope phase,CEP)的高精度锁定。在振荡器CEP锁定的情况下,我们通过直接将薄片产生的倍频程光谱注入到f-2f干涉仪中所得到的光谱干涉信号,获得了放大脉冲CEP的信息,结合反馈控制压缩器中的棱镜,实现了放大器CEP的高精度锁定。在20 ms的积分时间下,放大器CEP在7000秒内抖动的均方根为75.2 mrad。5:进行了CEP锁定的飞秒激光产生高次谐波(high-harmonic generation,HHG)的实验研究,通过精确调节CEP,得到了截止区连续以及分立的HHG信号,结果表明系统具有良好的CEP锁定效果。据知这也是首次利用固体薄片组方案产生的飞秒激光所获得的HHG输出。