中红外差频光源应用于实际大气水汽浓度测量

基于非线性光学效应,采用差频发生技术(Difference frequency generation)和准相位匹配技术(Quasi-phase matching),在周期性极化的铌酸锂晶体(PPLN)中产生了中红外的可调谐激光源。泵浦光是一个功率为1 W、调谐范围在770到870 nm之间的连续可调谐钛宝石激光器。信号光是一个功率为1 W、单频连续的Nd∶YAG激光器。当晶体的光栅周期为20 μm、温度调谐范围内在室温到200 ℃之间时,能够产生2.8 μm附近的、功率约为1～2 μW的差频光源。基于这个光源,采用直接吸收光谱方法测量了实验室大气中的水汽(001←000)吸收带的吸收光谱。依据大气中水汽分子在8.5 cm的吸收光程条件下的吸收光谱,成功地测量得到了大气中的水汽浓度。     

基于差频中红外激光的痕量气体高分辨光谱检测研究

研究了基于差频光源的高分辨中红外激光光谱检测系统,差频中红外光源使用两台近红外半导体激光器作为种子光源,采用PPLN晶体作为非线性混频器件,结合准相位匹配技术实现了3.2~3.7 μm中红外相干光源输出,最大差频输出功率约为1 μW.以CH₄为例检验了系统的高分辨红外光谱检测特性,选择CH₄分子3 028.751 cm^-1 v₃基频吸收线作为分析谱线,10 cm光程的检测限为0.8 ppm.光谱数据分析表明,系统检测限主要受到标准具光学噪音的限制.     

PPLN晶体差频中红外激光系统调谐特性研究

室温工作的连续可调谐相干光源在痕量气体检测技术中有着重要应用价值,光学非线性变换是获得室温运转中红外相干光源的有效途径,是对传统激光技术的有效补充.研究了基于准相位匹配原理的差频激光系统的温度和信号光波长调谐特性,从准相位匹配技术的一般位相匹配关系出发,推导了PPLN晶体差频准相位匹配的温度和信号光波长匹配带宽解析表达式;建立了基于PPLN晶体准相位匹配原理的宽调谐差频中红外激光系统,实现了3.2～3.7üm中红外相干光输出,最大输出功率约为1üW;对系统温度和信号光波长调谐特性进行实验研究,并与理论结果进行了比较和分析.     

基于差频中红外激光的痕量气体高分辨光谱检测研究

研究了基于差频光源的高分辨中红外激光光谱检测系统,差频中红外光源使用两台近红外半导体激光器作为种子光源,采用PPLN晶体作为非线性混频器件,结合准相位匹配技术实现了3.2～3.7μm中红外相干光源输出,最大差频输出功率约为1μW.以CH4为例检验了系统的高分辨红外光谱检测特性,选择CH4分子3028.751cm-1 v3基频吸收线作为分析谱线,10cm光程的检测限为0.8ppm.光谱数据分析表明,系统检测限主要受到标准具光学噪音的限制.     

基于MgO∶PPLN晶体差频产生的宽调谐中红外连续激光光源

分别以1 083nm和1 550nm波段的窄线宽连续光源为泵浦光和信号光,搭建基于掺MgO周期铌酸锂晶体(MgO∶PPLN)准相位匹配原理的差频非线性效应产生中红外激光实验系统.根据系统温度和信号光波长调谐特性进行实验研究.在泵浦光波长固定条件下改变信号光波长,实现了窄线宽宽调谐中红外连续闲频激光输出,波长覆盖范围为3 547.6~3 629.1nm.当波长为1 082.8nm的泵浦光和波长为1 549.7nm的信号光功率分别放大到2.8 W和3.5 W时,对波长为3 597.0nm的中红外闲频光输出进行长时间功率扫描监测,得到最大功率为3.2mW,功率抖动引起不稳定度小于±1.6%的高稳定的中红外窄线宽激光输出.该研究结果可为设计和研制多波长窄线宽中红外光源提供参考.     

基于复合腔的波长可调谐连续橙红色激光器

设计并研制了一种基于复合腔结构的波长可调谐、瓦级连续输出的橙红色激光器.该激光器是由半导体激光侧泵Nd∶GdVO_4晶体产生p-偏振1 062.9nm基频光的谐振腔和使用周期性极化晶体MgO∶PPLN(三个极化周期为29.0μm、29.8μm和30.8μm)的单共振光学参量振荡器组成.在两个谐振腔的重叠区域,利用Ⅱ类临界相位匹配KTP晶体对s-偏振信号光与p-偏振1 062.9nm基频光进行腔内和频.通过对MgO∶PPLN晶体进行三个不同极化周期的调谐和30℃~200℃范围内的温度调谐,在三个波段(613.4~619.2nm@29.0μm、620.2~628.9nm@29.8μm和634.4~649.1nm@30.8μm)获得了波长可调谐的橙红色激光连续输出,并在相应波段(3 980.0~3 758.5nm@29.0μm、3 714.2~3 438.3nm@29.8μm和3 278.0~2 940.2nm@30.8μm)获得了波长可调谐的中红外闲频光的连续输出.在30℃最低调谐温度,通过改变晶体的极化周期,在613.4nm、620.2nm和634.4nm处测得最大连续输出功率分别为1.52 W、2.21 W和3.03 W,对应的三束闲频光最大连续输出功率分别为2.36 W@3 980.0nm、3.17 W@3 714.2nm和4.13 W@3 278.0nm.     

1653 nm光参量放大器及在甲烷遥测方面的应用

基于掺氧化镁的周期性极化铌酸锂（MgO:PPLN）晶体,研究了连续波种子光注入结构的光参量放大器(OPA)。采用重复频率为10 kHz、最大平均输出功率为6 W的1064 nm高频脉冲激光作为抽运源,晶体的极化周期为31.02 m,在119 ℃工作温度下,将连续分布式反馈激光器（DFB）作为种子注入,在1652.3 nm处得到最大平均功率为125 mW的OPA信号光输出,量子转换效率为7.47％。实验通过改变注入种子光波长,实现了信号光nm级范围的调谐输出。信号光通过10 m外甲烷气池,观察到其光谱强度明显下降,初步验证了信号光在甲烷遥测领域的可行性。与用种子光直接检测相比,信号光强度更高,检测距离及灵敏度均有较大优势。     

板条放大器同步泵浦的宽调谐MgO:PPLN中红外光参量振荡器（英）

搭建了Nd:YVO4/SESAM锁模激光器,采用LDA泵浦的Innoslab对其进行功率放大,最后同步泵浦MgO:PPLN实现了宽调谐皮秒中红外光参量运转。通过改变MgO:PPLN的温度和通道,实现了信号光1415~1557 nm、闲频光3362~4290 nm范围的宽调谐输出,其中最高的光光转换效率为17.5%。同步泵浦功率为16 W,脉冲重复频率为116.9 MHz时,同时获得1.33 W的1518 nm信号光和1.26 W的3558 nm闲频光输出。     

板条放大器同步泵浦的宽调谐MgO:PPLN中红外光参量振荡器（英文）

搭建了Nd:YVO4/SESAM锁模激光器,采用LDA泵浦的Innoslab对其进行功率放大,最后同步泵浦MgO:PPLN实现了宽调谐皮秒中红外光参量运转。通过改变MgO:PPLN的温度和通道,实现了信号光1415~1557nm、闲频光3362~4290nm范围的宽调谐输出,其中最高的光光转换效率为17.5%。同步泵浦功率为16 W,脉冲重复频率为116.9 MHz时,同时获得1.33 W的1518nm信号光和1.26 W的3558nm闲频光输出。     

波长可调谐的瓦级连续橙红光激光器

介绍了基于复合腔结构的全固态波长可调谐的连续橙红色激光的输出特性。该复合腔由一个使用周期极化晶体MgO:PPLN的信号光单谐振光参量振荡器和一个LD侧面泵浦Nd:GdVO₄晶体的1 062.9 nm基频光谐振腔构成。s-偏振1 062.9 nm泵浦光抽运单谐振光参量振荡器产生s-偏振信号光腔内独立振荡。通过复合腔结构的优化设计,使独立振荡的p-偏振1 062.9 nm基频光与s-偏振信号光在2个子腔的重叠区内通过Ⅱ类角度匹配KTP晶体的腔内和频过程获得橙红色激光。当MgO:PPLN晶体的调谐温度从30 ℃上升至200 ℃时,s-偏振信号光的中心波长产生红移,导致其与p-偏振1 062.9 nm基频光和频产生的橙红色激光的中心波长从620.2 nm红移至628.9 nm。同时测得中红外波段闲频光的中心波长从3 714.2 nm蓝移至3 438.3 nm。在30 ℃最低设定温度时, 中心波长620.2 nm的橙红色激光和中心波长3 714.2 nm的闲频光最大连续输出功率分别达到2.0 W和2.9 W。     

Highly-efficient fully-fiberized mid-infrared differential frequency generation source and its application to laser spectroscopy

Widely-tunable, fully-monolithic, mid-infrared (mid-IR) deference frequency generation source (DFG) is presented. By using a custom designed fiber-pigtailed periodically poled lithium niobate (PPLN) crystal module the idler beam was generated with an efficiency of 21%/W, yielding 2.6 mW of optical output power. The proposed all-fiber configuration radically simplified the optical frequency conversion setup, making it robust and easily configurable. The usefulness of the constructed source was verified by performing simultaneous wavelength modulation spectroscopy (WMS) laser trace gas detection of methane, near 2999 cm^?1, and ethane, near 2997 cm^?1, via two independently generated, tunable idler beams.     

1560 nm连续光半导体激光器经PPLN倍频及经铷吸收光谱稳频

将激光器锁定到合适的参考频率上,可以有效地改变激光器的频率稳定性。1560 nm的分布反馈式半导体激光器,可以通过倍频锁定于铷原子吸收线上。实验中我们利用PPLN准位相匹配晶体进行倍频,当输入光为1.6 W时可以获得25 mW的倍频光,非线性转换系数为0.96%/W。我们还将激光器的频率锁定于Rb原子的吸收线上,30 s内剩余频率起伏约为±3.5 MHz。     

Generation of ultrafast mid-infrared laser by DFG between two actively synchronized picosecond lasers in a MgO:PPLN crystal

We report the difference-frequency generation (DFG) of ultrafast mid-infrared laser radiation around 3???m between two picosecond laser pulses with the center wavelengths of 800?nm and 1064?nm in a MgO:PPLN crystal at room temperature. The two laser pulses were generated from the actively synchronized picoseconds Ti:sapphire and Nd:YVO₄ oscillators. We measured the DFG wavelengths tunable from 3.19?C3.29???m and the output power is potential to be several mW. This experiment proves a possible roadmap for ultrafast mid- and far-infrared laser radiation generation and even for the THz radiation.     

窄线宽1064 nm光纤激光泵浦高效率中红外3.8μm MgO:PPLN光参量振荡器

采用放大1064?nm掺镱光纤激光器作为泵浦源,实现了中红外3.8?μm?MgO:PPLN光参量振荡(OPO)激光输出.在泵浦源中,采用分布式反馈激光器(DFB)作为种子源来实现光纤激光窄线宽的调制,实现线宽2.5?nm到0.1?nm的压缩,最大平均输出功率可达40?W.进一步对不同泵浦线宽条件下中红外3.8?μm?M...     

光纤激光泵浦MgO:PPLN高功率中波红外光参量振荡器

为实现高效率、高功率中波红外激光输出,研制基于MgO:PPLN晶体的中波红外光参量振荡器（OPO）,泵浦源为基于主振荡功率放大（MOPA）结构的线偏振掺Yb光纤激光器（YDFL）。实验结果表明:YDFL可实现最高79.1 W的1064.1 nm脉冲线偏振激光输出;在YDFL泵浦下,通过优化输出镜曲率半径和泵浦光束腰直径,该OPO实现最高9.15 W的3.754 μm脉冲激光输出,光光转换效率为11.57%,重复频率为300 kHz,脉冲宽度约为110 ns。     

半导体激光直接倍频的488nm蓝光激光器

利用波导型准相位匹配周期极化反转铌酸锂(PPLN)晶体直接倍频波长为976 nm的连续半导体激光二极管,在最佳晶体工作温度(28℃)下,获得了波长为488 nm的连续蓝光输出,最大输出功率大于20 mW。所用的晶体尺寸为8 mm×1.4 mm×1 mm,波导截面为4.5μm×3.5μm,极化周期为5.2μm。研究了波导型周期极化反转铌酸锂晶体的倍频效率与温度的关系,与普通的周期极化反转铌酸锂相比,倍频效率与温度关系的敏感度较低。同时,由于晶体可以在室温下工作,简化了加温与温控部件,提高了整机的工作效率。在此实验的基础上,制成了一台小型的全固态488 nm连续蓝光激光器。     

Widely phase-matched tunable difference-frequency generation in periodically poled LiNbO3 crystal

We report on the development of a laser source in the mid-infrared spectral region based on difference-frequency generation (DFG) in a periodically poled LiNbO₃ (PPLN) crystal. Continuously tunable coherent radiation from 2.75 to 4.78 μm was produced by optical parametric interaction between a diode-pumped monolithic continuous-wave (CW) Nd:YAG laser operating at 1.064 μm and a CW Ti:Sapphire laser tunable from 767 to 871 nm. Temperature-dependent quasi-phase-matched DFG wavelength acceptance bandwidth was studied and characterized. An empiric formula is given to estimate the phase-matched wavelength acceptance bandwidth as a function of the crystal temperature at Λ = 22.5 μm. A large frequency scan of 128 cm⁻¹ (about 78 cm⁻¹ above 1 μW) near 4.2 μm was achieved. The whole absorption spectrum of the P and R branches of the ν₃ band of atmospheric carbon dioxide has been recorded with a single phase-matched frequency scan.     

Mid-infrared trace gas detection using continuous-wave difference frequency generation in periodically poled RbTiOAsO4

A tunable mid-infrared continuous-wave (cw) spectroscopic source in the 3.4–4.5 μm region is reported, based on difference frequency generation (DFG) in a quasi-phase-matched periodically poled RbTiOAsO₄ (PPRTA) crystal, DFG power levels of 10 μW were generated at approximately 4 μm in a 20-mm long PPRTA crystal by mixing two cw single-frequency Ti:Al₂O₃ lasers operating near 713 nm and 871 nm, respectively, using a laser pump power of 300 mW. A quasi-phase-matched infrared wavelength-tuning bandwidth (FWHM) of ∼12 cm^-1 and a temperature tuning rate of 1.02 cm^-1/°C were achieved. Experimental details regarding the feasibility of trace gas detection based on absorption spectroscopy of CO₂ in ambient air using this DFG radiation source are also described. Received: 23 October 2000 / Revised version: 22 January 2001 / Published online: 27 April 2001