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.