Thesis consists of introduction, followed by five main chapters and conclusions. Introduction is devoted to the explanation of filamentation process. The mechanisms responsible for filament generation and evolution are explained first and various models of the filamentation are presented as well. The second chapter is devoted to the study on supercontinuum spectrum dependence on the initial pulse diameter. The chapter 4 is devoted to the study of the filamentation in scattering medium, and covers the performed experiment, explanation of new developed numerical scheme, and finally comparison of the numerical and experimental results. The chapter 5 describes the multifilamentation with elliptical beam. The role of the four wave mixing to the filaments periodicity is briefly explained. The periodicity dependence on the wave of intensity as well the evolution of multifilamentation is shown. Three dimensional study of the modulation instability during multifilamentation process is also presented in chapter 5. The last chapter 6 is devoted to the origin of the rogue wave statistics in supercontinuum generation, and comparison of the numeric results with experimental. At the end (chapter 7) the main conclusions of the current work are presented. / Disertaciją sudaro įvadas, penki pagrindiniai skyriai ir išvados. Įvade aiškinamas sudėtingas šviesos gijų formavimosi procesas. Paaiškinami fizikiniai reiškiniai, lemiantys šviesos gijų generacijos bei evoliucijos ypatybes, supažindinama su įvairiais šviesos gijų susidarymo ir sklidimo modeliais. Antrajame skyriuje nagrinėjama pradinio pluošto diametro įtaka superkontinuumo spektrui. Trečias skyrius, skirtas šviesos gijų generacijos sklaidančioje terpėje tyrimui, apima atlikto eksperimento bei sukurtos naujos skaitmeninio modeliavimo schemos pristatymą, ir, galiausiai, skaitmeninio modeliavimo ir eksperimentinių rezultatų palyginimą. Ketvirtame skyriuje nagrinėjama daugelio gijų generacija elipsiniais pluoštais. Trumpai paaiškinta kaskadinio keturbangio maišymo įtaka šviesos gijų periodiškumui. Ištirta šviesos gijų periodo priklausomybė nuo bangos intensyvumo, ir atskleista daugelio gijų generacijos dinamika. Moduliacinio nestabilumo analizė ir jos įtaka taip pat pateikiama ketvirtame skyriuje. Penktajame skyriuje nagrinėjama ekstremalių įvykių tūrinėje Kerro terpėje atsiradimas. Palyginami plataus spektro generacijos kompiuterinio modeliavimo ir eksperimento metu surinkti statistiniai duomenys. Pabaigoje pateikti pagrindiniai darbo rezultatai ir išvados.

Disertaciją sudaro įvadas, penki pagrindiniai skyriai ir išvados. Įvade aiškinamas sudėtingas šviesos gijų formavimosi procesas. Paaiškinami fizikiniai reiškiniai, lemiantys šviesos gijų generacijos bei evoliucijos ypatybes, supažindinama su įvairiais šviesos gijų susidarymo ir sklidimo modeliais. Antrajame skyriuje nagrinėjama pradinio pluošto diametro įtaka superkontinuumo spektrui. Trečias skyrius, skirtas šviesos gijų generacijos sklaidančioje terpėje tyrimui, apima atlikto eksperimento bei sukurtos naujos skaitmeninio modeliavimo schemos pristatymą, ir, galiausiai, skaitmeninio modeliavimo ir eksperimentinių rezultatų palyginimą. Ketvirtame skyriuje nagrinėjama daugelio gijų generacija elipsiniais pluoštais. Trumpai paaiškinta kaskadinio keturbangio maišymo įtaka šviesos gijų periodiškumui. Ištirta šviesos gijų periodo priklausomybė nuo bangos intensyvumo, ir atskleista daugelio gijų generacijos dinamika. Moduliacinio nestabilumo analizė ir jos įtaka taip pat pateikiama ketvirtame skyriuje. Penktajame skyriuje nagrinėjama ekstremalių įvykių tūrinėje Kerro terpėje atsiradimas. Palyginami plataus spektro generacijos kompiuterinio modeliavimo ir eksperimento metu surinkti statistiniai duomenys. Pabaigoje pateikti pagrindiniai darbo rezultatai ir išvados. / Thesis consists of introduction, followed by five main chapters and conclusions. Introduction is devoted to the explanation of filamentation process. The mechanisms responsible for filament generation and evolution are explained first and various models of the filamentation are presented as well. The second chapter is devoted to the study on supercontinuum spectrum dependence on the initial pulse diameter. The chapter 4 is devoted to the study of the filamentation in scattering medium, and covers the performed experiment, explanation of new developed numerical scheme, and finally comparison of the numerical and experimental results. The chapter 5 describes the multifilamentation with elliptical beam. The role of the four wave mixing to the filaments periodicity is briefly explained. The periodicity dependence on the wave of intensity as well the evolution of multifilamentation is shown. Three dimensional study of the modulation instability during multifilamentation process is also presented in chapter 5. The last chapter 6 is devoted to the origin of the rogue wave statistics in supercontinuum generation, and comparison of the numeric results with experimental. At the end (chapter 7) the main conclusions of the current work are presented.

In 1995 Braun and co-workers reported the observation of self-channeling of femtosecond laser pulses over 20 m in air. This first observation of femtosecond filament triggered a series of studies, which discovered an exciting physics beyond the interaction of ultrashort laser pulses with transparent dielectric media. This dissertation aims at comprehensive study of transient spatiotemporal phenomena (space-time transformations, pulse splitting and compression, filament propagation dynamics, supercontinuum generation and multiple filamentation) that take place during self-focusing of intense femtosecond laser pulses in various self-action regimes in transparent dielectric media with instantaneous Kerr nonlinearity. Various nonlinear optics diagnostic methods (three dimensional mapping, auto- and cross-correlation measurements, frequency resolved optical gating measurements), spatially resolved frequency spectra measurements, statistical analysis of spectral intensities and energies, numerical simulations were employed. The dissertation addresses important issues regarding complete physical understanding of the evolution cycle of femtosecond filaments in normally dispersive media, physical nature of spatiotemporal light bullets generated by filamentation in the anomalous group velocity regime, detailed statistical aspects of supercontinuum generation, and spatiotemporal characterization of multiple filaments. Analysed factors are useful for practical applications when... [to full text] / Ultratrumpiesiems šviesos impulsams sklindant skaidriose terpėse dėl jų saviveikos gali formuotis ypatingi šviesos dariniai – šviesos gijos, kurios pirmą kartą stebėtos 1995 m. Braun ir kt. Pirmuosius šviesos gijų stebėjimus sekė eilė tyrimų, kurie atskleidė įdomius femtosekundinių lazerinių impulsų saviveikos reiškinius, kartais apimančius platesnes netiesinės optikos tyrimų sritis. Šios disertacijos tikslas – išsamiai ištirti dinaminius erdvėlaikinius reiškinius (šviesos gijų sklidimą, erdvėlaikines transformacijas, impulsų skilimą ir spūdą, superkontinuumo generaciją ir daugelio šviesos gijų atsiradimą) įvairiuose intensyvių femtosekundinių lazerio impulsų saviveikos režimuose skaidriose dielektrinėse terpėse su momentiniu Kero netiesiškumu. Tyrimams naudoti įvairūs netiesinės optikos metodai (trimatė lazerinė tomografija, auto- ir kryžminės koreliacijos matavimai, dažninės skyros optinės sklendės autokoreliaciniai matavimai), erdvinės-dažninės skyros spektrų matavimas, statistinė spektrinių, energijos matavimų analizė, skaitmeninis modeliavimas. Atliktų tyrimų visuma išplečia esamas žinias apie femtosekundinių šviesos impulsų saviveiką ir netiesinių optinių sistemų dinamiką normalios ir anomalios grupinių greičių dispersijos atvejais, vedančią prie nestabilumo ir ekstremalių optinių įvykių žadinimo. Kita vertus, ištirti veiksniai naudingi praktiniuose taikymuose, kai siekiama formuoti tvarkias erdvines-laikines struktūras, žadinti ekstremalias optines bangas arba... [toliau žr. visą tekstą]

Ultratrumpiesiems šviesos impulsams sklindant skaidriose terpėse dėl jų saviveikos gali formuotis ypatingi šviesos dariniai – šviesos gijos, kurios pirmą kartą stebėtos 1995 m. Braun ir kt. Pirmuosius šviesos gijų stebėjimus sekė eilė tyrimų, kurie atskleidė įdomius femtosekundinių lazerinių impulsų saviveikos reiškinius, kartais apimančius platesnes netiesinės optikos tyrimų sritis. Šios disertacijos tikslas – išsamiai ištirti dinaminius erdvėlaikinius reiškinius (šviesos gijų sklidimą, erdvėlaikines transformacijas, impulsų skilimą ir spūdą, superkontinuumo generaciją ir daugelio šviesos gijų atsiradimą) įvairiuose intensyvių femtosekundinių lazerio impulsų saviveikos režimuose skaidriose dielektrinėse terpėse su momentiniu Kero netiesiškumu. Tyrimams naudoti įvairūs netiesinės optikos metodai (trimatė lazerinė tomografija, auto- ir kryžminės koreliacijos matavimai, dažninės skyros optinės sklendės autokoreliaciniai matavimai), erdvinės-dažninės skyros spektrų matavimas, statistinė spektrinių, energijos matavimų analizė, skaitmeninis modeliavimas. Atliktų tyrimų visuma išplečia esamas žinias apie femtosekundinių šviesos impulsų saviveiką ir netiesinių optinių sistemų dinamiką normalios ir anomalios grupinių greičių dispersijos atvejais, vedančią prie nestabilumo ir ekstremalių optinių įvykių žadinimo. Kita vertus, ištirti veiksniai naudingi praktiniuose taikymuose, kai siekiama formuoti tvarkias erdvines-laikines struktūras, žadinti ekstremalias optines bangas arba... [toliau žr. visą tekstą] / In 1995 Braun and co-workers reported the observation of self-channeling of femtosecond laser pulses over 20 m in air. This first observation of femtosecond filament triggered a series of studies, which discovered an exciting physics beyond the interaction of ultrashort laser pulses with transparent dielectric media. This dissertation aims at comprehensive study of transient spatiotemporal phenomena (space-time transformations, pulse splitting and compression, filament propagation dynamics, supercontinuum generation and multiple filamentation) that take place during self-focusing of intense femtosecond laser pulses in various self-action regimes in transparent dielectric media with instantaneous Kerr nonlinearity. Various nonlinear optics diagnostic methods (three dimensional mapping, auto- and cross-correlation measurements, frequency resolved optical gating measurements), spatially resolved frequency spectra measurements, statistical analysis of spectral intensities and energies, numerical simulations were employed. The dissertation addresses important issues regarding complete physical understanding of the evolution cycle of femtosecond filaments in normally dispersive media, physical nature of spatiotemporal light bullets generated by filamentation in the anomalous group velocity regime, detailed statistical aspects of supercontinuum generation, and spatiotemporal characterization of multiple filaments. Analysed factors are useful for practical applications when... [to full text]

Mathematical models describing the Q-switched laser generation, which is a widely used laser technique for producing short intense pulses of light, belong to the class of semi-nonlinear models where only source terms nonlinearly depend on the solution. Numerical methods for solution of systems of semi-nonlinear partial differential equations have been extensively studied in many papers. Schrödinger-type equations, parabolic-type equations or general diffusion-reaction models arise in nonlinear optics. Such differential problems are solved mainly by finite-difference and Galerkin methods. The convergence analysis is based on the stability analysis of the linearized problems. The construction and theoretical analysis of discrete schemes for one-dimensional problem give a basis for a numerical solution of more general two-dimensional and three-dimensional problems where a diffraction process is taken into account. The two-dimensional problem simulates the dynamics of high-power semiconductor lasers. To solve the problems simulating propagation of photon fluxes in the nonlinear disperse medium, the finite-difference time-domain method is used. However, the major drawback of this method is that the computational domain must be sufficiently large. In order to restrict the computational domain and to solve the problem only in the region of interest, special artificial boundary conditions are investigated. The three-dimensional problem simulates an interaction of counter propagating... [to full text] / Disertacijoje nagrinėjami kai kurių lazerių fizikos ir netiesinės optikos uždavinių skaitinės analizės metodai. Tiriami trys pagrindiniai atvejai: bėgančias plokščias bangas aprašantis vienmatis, bėgančias difraguojančias bangas nagrinėjantis dvimatis ir lazerio pluoštų sąveiką netiesinėje Kero terpėje modeliuojantis trimatis modeliai. Šiuos uždavinius sieja pernešimo diferencialinės lygtys dalinėmis išvestinėmis, aprašančios į priešingas puses sklindančias lazerio bangas. Dvimačiame ir trimačiame uždaviniuose sprendžiamos dalinių išvestinių Šrėdingerio (ang. Schrödinger) tipo diferencialinės lygtys. Šiems matematiniams modeliams sudarytos baigtinių skirtumų schemos, atlikta jų analizė ir pagrindimas. Skaitinių eksperimentų realizacijai sukurti lygiagretieji algoritmai, jie yra būtini atliekant didelių resursų reikalaujančius skaičiavimus. Disertaciją sudaro įvadas, keturi skyriai, rezultatų apibendrinimas, naudotos literatūros ir autoriaus publikacijų disertacijos tema sarašai. Įvadiniame skyriuje aptariama tiriamoji problema, darbo aktualumas, aprašomas tyrimų objektas, formuluojamas darbo tikslas bei uždaviniai, aprašoma tyrimų metodika, darbo mokslinis naujumas, darbo rezultatų praktinė reikšmė, ginamieji teiginiai. Įvado pabaigoje pristatomos disertacijos tema autoriaus paskelbtos publikacijos ir pranešimai konferencijose bei disertacijos struktūra. Pirmasis skyrius skirtas mokslinės literatūros apžvalgai ir supažindinimui su netiesinės optikos sąvokomis bei... [toliau žr. visą tekstą]

Disertacijoje nagrinėjami kai kurių lazerių fizikos ir netiesinės optikos uždavinių skaitinės analizės metodai. Tiriami trys pagrindiniai atvejai: bėgančias plokščias bangas aprašantis vienmatis, bėgančias difraguojančias bangas nagrinėjantis dvimatis ir lazerio pluoštų sąveiką netiesinėje Kero terpėje modeliuojantis trimatis modeliai. Šiuos uždavinius sieja pernešimo diferencialinės lygtys dalinėmis išvestinėmis, aprašančios į priešingas puses sklindančias lazerio bangas. Dvimačiame ir trimačiame uždaviniuose sprendžiamos dalinių išvestinių Šrėdingerio (ang. Schrödinger) tipo diferencialinės lygtys. Šiems matematiniams modeliams sudarytos baigtinių skirtumų schemos, atlikta jų analizė ir pagrindimas. Skaitinių eksperimentų realizacijai sukurti lygiagretieji algoritmai, jie yra būtini atliekant didelių resursų reikalaujančius skaičiavimus. Disertaciją sudaro įvadas, keturi skyriai, rezultatų apibendrinimas, naudotos literatūros ir autoriaus publikacijų disertacijos tema sarašai. Įvadiniame skyriuje aptariama tiriamoji problema, darbo aktualumas, aprašomas tyrimų objektas, formuluojamas darbo tikslas bei uždaviniai, aprašoma tyrimų metodika, darbo mokslinis naujumas, darbo rezultatų praktinė reikšmė, ginamieji teiginiai. Įvado pabaigoje pristatomos disertacijos tema autoriaus paskelbtos publikacijos ir pranešimai konferencijose bei disertacijos struktūra. Pirmasis skyrius skirtas mokslinės literatūros apžvalgai ir supažindinimui su netiesinės optikos sąvokomis bei... [toliau žr. visą tekstą] / Mathematical models describing the Q-switched laser generation, which is a widely used laser technique for producing short intense pulses of light, belong to the class of semi-nonlinear models where only source terms nonlinearly depend on the solution. Numerical methods for solution of systems of semi-nonlinear partial differential equations have been extensively studied in many papers. Schrödinger-type equations, parabolic-type equations or general diffusion-reaction models arise in nonlinear optics. Such differential problems are solved mainly by finite-difference and Galerkin methods. The convergence analysis is based on the stability analysis of the linearized problems. The construction and theoretical analysis of discrete schemes for one-dimensional problem give a basis for a numerical solution of more general two-dimensional and three-dimensional problems where a diffraction process is taken into account. The two-dimensional problem simulates the dynamics of high-power semiconductor lasers. To solve the problems simulating propagation of photon fluxes in the nonlinear disperse medium, the finite-difference time-domain method is used. However, the major drawback of this method is that the computational domain must be sufficiently large. In order to restrict the computational domain and to solve the problem only in the region of interest, special artificial boundary conditions are investigated. The three-dimensional problem simulates an interaction of counter propagating... [to full text]

Spontaneous parametric down conversion (SPDC) – incoherent light scattering – is one of the main entangled photons source applied in quantum optics experiments. The tradition to pump SPDC by laser radiation was established from the very first SPDC experiments in 1968. The aim of this thesis was experimentally to investigate the ability to generate an SPDC pumping by both temporal and spatially incoherent radiation - a high-power blue LED. Weak SPDC signals were registered with high sensitivity CCD cameras, photons coincidences were detected with photon counters. The theoretical simulations were performed in parallel with experiments. Therefore, mathematical simulation code was written in order to estimate the SPDC power distribution and simulate photon coincidence experiment changing the properties of pump beam and detection system. Experimental results reveal that incoherent light sources can be good alternative for the laser systems in order to generate average quality biphoton fields especially in those experiments in which low biphoton field coherency would be advantage. The main advantages of the incoherent sources over laser systems are low cost, simple production technology and the huge commercial variety of different wavelength sources. / Parametrinė fluorescencija (PF) – nekoherentinė šviesos sklaida – yra vienas pagrindinių susietųjų fotonų šaltinių taikomų kvantinės optikos eksperimentuose. Nuo pat pirmųjų PF eksperimentinių tyrimų 1968 metais įsigalėjo tradicija šį reiškinį žadinti išimtinai lazerine spinduliuote. Šios disertacijos tikslas – eksperimentiškai ištirti galimybę generuoti PF tiek laikiškai, tiek ir erdviškai nekoherentine spinduliuote – didelės galios šviesos diodu. Atliekant tyrimus didelio jautrio CCD kamera buvo registruojami silpni PF signalai, pavienių fotonų skaitliukais buvo registruojami fotonų sutapimai,. Lygiagrečiai eksperimentiniams tyrimams buvo atliekami teoriniai skaičiavimai. Šiuo tikslu buvo parašytas matematinio modeliavimo programinis kodas, skirtas įvertinti PF erdvinį galios pasiskirstymą bei modeliuoti fotonų sutapimų eksperimentą, keičiant kaupinimo pluošto ir detekcijos sistemos savybes. Šio darbo rezultatai atskleidžia, kad nekoherentiniai šaltiniai gali būti puiki alternatyva lazerinėms sistemoms siekiant žadinti vidutinės kokybės dvyninius laukus, ypatingai tokiose tyrimų srityse, kuriose mažas dvyninio lauko koherentiškumas būtų didžiulis privalumas. Pagrindiniai nekoherentinių šaltinių pranašumai prieš lazerines sistemas: maža kaina, paprasta gamybos technologija ir didžiulė komercinė skirtingo bangos ilgio šaltinių įvairovė.

Parametrinė fluorescencija (PF) – nekoherentinė šviesos sklaida – yra vienas pagrindinių susietųjų fotonų šaltinių taikomų kvantinės optikos eksperimentuose. Nuo pat pirmųjų PF eksperimentinių tyrimų 1968 metais įsigalėjo tradicija šį reiškinį žadinti išimtinai lazerine spinduliuote. Šios disertacijos tikslas – eksperimentiškai ištirti galimybę generuoti PF tiek laikiškai, tiek ir erdviškai nekoherentine spinduliuote – didelės galios šviesos diodu. Atliekant tyrimus didelio jautrio CCD kamera buvo registruojami silpni PF signalai, pavienių fotonų skaitliukais buvo registruojami fotonų sutapimai,. Lygiagrečiai eksperimentiniams tyrimams buvo atliekami teoriniai skaičiavimai. Šiuo tikslu buvo parašytas matematinio modeliavimo programinis kodas, skirtas įvertinti PF erdvinį galios pasiskirstymą bei modeliuoti fotonų sutapimų eksperimentą, keičiant kaupinimo pluošto ir detekcijos sistemos savybes. Šio darbo rezultatai atskleidžia, kad nekoherentiniai šaltiniai gali būti puiki alternatyva lazerinėms sistemoms siekiant žadinti vidutinės kokybės dvyninius laukus, ypatingai tokiose tyrimų srityse, kuriose mažas dvyninio lauko koherentiškumas būtų didžiulis privalumas. Pagrindiniai nekoherentinių šaltinių pranašumai prieš lazerines sistemas: maža kaina, paprasta gamybos technologija ir didžiulė komercinė skirtingo bangos ilgio šaltinių įvairovė. / Spontaneous parametric down conversion (SPDC) – incoherent light scattering – is one of the main entangled photons source applied in quantum optics experiments. The tradition to pump SPDC by laser radiation was established from the very first SPDC experiments in 1968. The aim of this thesis was experimentally to investigate the ability to generate an SPDC pumping by both temporal and spatially incoherent radiation - a high-power blue LED. Weak SPDC signals were registered with high sensitivity CCD cameras, photons coincidences were detected with photon counters. The theoretical simulations were performed in parallel with experiments. Therefore, mathematical simulation code was written in order to estimate the SPDC power distribution and simulate photon coincidence experiment changing the properties of pump beam and detection system. Experimental results reveal that incoherent light sources can be good alternative for the laser systems in order to generate average quality biphoton fields especially in those experiments in which low biphoton field coherency would be advantage. The main advantages of the incoherent sources over laser systems are low cost, simple production technology and the huge commercial variety of different wavelength sources.

Pagrindinis šios disertacijos tikslas – sukurti efektyvius trijų ir keturių bangų sąveikomis paremtus metodus ultratrumpiesiems ultravioletinės (UV), artimosios bei vidurinės infraraudonosios (IR) spektro srities impulsams generuoti. Pademonstruota efektyvi Nd:stiklo lazerio harmonikų generacija nekolinearaus keturbangio skirtuminio dažnio žadinimo metodu izotropinėse terpėse. Disertacijoje taip pat eksperimentiškai ir teoriškai nagrinėjama galimybė stiprinti 10 fs trukmės UV impulsus. Pateikėme du metodus derinamo bangos ilgio IR impulsams generuoti naudojant komercinę Ti:safyro lazerio ir nekolinearaus optinio parametrinio stiprintuvo sistemą. Pirmasis metodas remiasi keturių bangų sąveikomis ir leidžia generuoti 20 μJ energijos, <30 fs trukmės impulsus 1−1.5 μm spektro ruože. Antrojo šaltinio veika remiasi skirtuminio dažnio generacijos bei optinio parametrinio stiprinimo sąveikomis BBO kristaluose. Sukurtas stiprintuvas, generuojantis dviejų optinių ciklų trukmės, stabilios gaubtinės fazės, 2 μm bangos ilgio impulsus ir pademonstruotas jo taikymas itin plataus spektro superkontinuumo generacijai plačios draustinės juostos kietojo kūno terpėse. Galiausiai, ištirta vienalaikė trečiosios harmonikos ir superkontinuumo generacija skaidriose dielektrinėse terpėse, bei pasiūlyta netiesinio f-3f interferometro schema impulso gaubtinės fazes fliuktuacijoms matuoti. / In this thesis we investigated and developed three- and four-wave interaction-based frequency conversion methods for ultrashort pulse generation in the ultraviolet (UV), near and mid-infrared (IR) spectral ranges. In particular, efficient generation of Nd:glass laser harmonics was demonstrated experimentally, through noncollinear four-wave difference-frequency mixing in isotropic media. Also, broadband optical parametric amplification in the UV was investigated theoretically and achieved experimentally. The results suggest, that pulses as short as 10 fs could be amplified. We have also developed two methods based on three- and four-wave mixing, that extend the tuning range of a commercial Ti:sapphire laser-NOPA system in the IR. The first method relies on four wave frequency down-conversion, and can achieve up to 20 μJ, sub-30-fs pulses tunable in the 1−1.5 μm range. The second method considers frequency conversion, based on difference frequency generation and optical parametric amplification in BBO crystals. The presented setup delivers two optical-cycle, carrier-envelope phase (CEP)-stable pulses at 2 μm. And finally, we demonstrated supercontinuum generation by filamentation of 20 fs pulses at 2 μm in wide-bandgap solids in the regime of anomalous group velocity dispersion. We also proposed the practical use of intrinsic third harmonic generation, for the CEP stability measurements.

In this thesis we investigated and developed three- and four-wave interaction-based frequency conversion methods for ultrashort pulse generation in the ultraviolet (UV), near and mid-infrared (IR) spectral ranges. In particular, efficient generation of Nd:glass laser harmonics was demonstrated experimentally, through noncollinear four-wave difference-frequency mixing in isotropic media. Also, broadband optical parametric amplification in the UV was investigated theoretically and achieved experimentally. The results suggest, that pulses as short as 10 fs could be amplified. We have also developed two methods based on three- and four-wave mixing, that extend the tuning range of a commercial Ti:sapphire laser-NOPA system in the IR. The first method relies on four wave frequency down-conversion, and can achieve up to 20 μJ, sub-30-fs pulses tunable in the 1−1.5 μm range. The second method considers frequency conversion, based on difference frequency generation and optical parametric amplification in BBO crystals. The presented setup delivers two optical-cycle, carrier-envelope phase (CEP)-stable pulses at 2 μm. And finally, we demonstrated supercontinuum generation by filamentation of 20 fs pulses at 2 μm in wide-bandgap solids in the regime of anomalous group velocity dispersion. We also proposed the practical use of intrinsic third harmonic generation, for the CEP stability measurements. / Pagrindinis šios disertacijos tikslas – sukurti efektyvius trijų ir keturių bangų sąveikomis paremtus metodus ultratrumpiesiems ultravioletinės (UV), artimosios bei vidurinės infraraudonosios (IR) spektro srities impulsams generuoti. Pademonstruota efektyvi Nd:stiklo lazerio harmonikų generacija nekolinearaus keturbangio skirtuminio dažnio žadinimo metodu izotropinėse terpėse. Disertacijoje taip pat eksperimentiškai ir teoriškai nagrinėjama galimybė stiprinti 10 fs trukmės UV impulsus. Pateikėme du metodus derinamo bangos ilgio IR impulsams generuoti naudojant komercinę Ti:safyro lazerio ir nekolinearaus optinio parametrinio stiprintuvo sistemą. Pirmasis metodas remiasi keturių bangų sąveikomis ir leidžia generuoti 20 μJ energijos, <30 fs trukmės impulsus 1−1.5 μm spektro ruože. Antrojo šaltinio veika remiasi skirtuminio dažnio generacijos bei optinio parametrinio stiprinimo sąveikomis BBO kristaluose. Sukurtas stiprintuvas, generuojantis dviejų optinių ciklų trukmės, stabilios gaubtinės fazės, 2 μm bangos ilgio impulsus ir pademonstruotas jo taikymas itin plataus spektro superkontinuumo generacijai plačios draustinės juostos kietojo kūno terpėse. Galiausiai, ištirta vienalaikė trečiosios harmonikos ir superkontinuumo generacija skaidriose dielektrinėse terpėse, bei pasiūlyta netiesinio f-3f interferometro schema impulso gaubtinės fazes fliuktuacijoms matuoti.