基于MgO:APLN的1.57μm/3.84μm连续波内腔多光参量振荡器研究

报道了一种基于MgO:APLN实现1.57 μm和3.84 μm跨周期参量光连续输出的内腔抽运多光参量振荡器. 采用1064 nm谐振腔与多光参量振荡腔折叠型复合结构, 综合考虑高功率抽运下谐振腔的热稳定性及多光参量振荡过程的光斑模式匹配, 通过对两个子腔谐振结构的数值模拟分析, 确定了最佳腔型参数. 在此基础上, 进一步研究了谐振参量光透过率对振荡阈值、抽运光下转换效率、输出功率稳定性的影响, 最终实现了3.13 W的1.57 μm和0.85 W的3.84 μm参量光输出, 对应斜效率为6.8%和1.9%, 输出功率稳定性分别达到了1.8%和3%.     

基于MgO:APLN的多光参量振荡器实验研究及其逆转换过程演化分析

对基于MgO:APLN的多光参量振荡器进行了实验研究. 通过优化MgO:APLN极化结构及参量光耦合输出透过率, 在200 kHz高重复频率1064 nm激光抽运下, 通过单极化晶体实现了1.57 μm, 3.84 μm跨周期参量光输出, 平均功率分别达到2.4 W和1.31 W, 对应光-光转换效率为11.54%和6.25%. 同时针对多光参量振荡过程的逆转换现象, 通过耦合波方程对其进行了数值演化, 并引入“逆转换能量传导区”概念, 指出逆转换能量传导区的存在促使弱增益光学参量振荡器的参量光得到二次增强, 所得结论与实验结果相符合.     

基于多周期MgO∶PPLN的内腔宽调谐连续中红外光参量振荡器

报道了一种内腔光参量振荡器,该器件通过改变多通道MgO∶PPLN极化晶体的极化周期和温度,可以快速实现3.2~4.1μm中红外参量光可调谐连续输出.采用1.064μm谐振腔与多光参量振荡腔折叠型复合结构,考虑晶体热效应及宽范围调谐参量光振荡过程中光斑模式匹配,通过对两个子腔谐振结构的数值模拟分析,确定最佳腔型结构参数.基于该谐振腔结构,实验研究了多周期MgO∶PPLN晶体的温度和极化周期对参量光波长的影响,实验中克服了MgO∶PPLN晶体在3.8~4.1μm中红外波段较为严重的本征吸收以及量子亏损导致的效率降低问题,获得2.78~4.18μm中红外激光连续调谐输出,调谐范围达1.399μm.在3.2μm、3.5μm、3.8μm、4.1μm四个典型波长下实现了参量光输出,功率分别为1.72W、1.39W、0.79W和0.442W,对应转化效率分别为7.17%、5.4%、3.1和1.84%.     

低阈值单谐振周期极化掺镁铌酸锂光参量振荡器

对基于周期极化掺镁铌酸锂晶体的信号光单谐振光学参量振荡器的输出特性进行了实验研究.讨论了光学参量振荡器谐振腔的腔长、周期极化铌酸锂晶体的通光长度、输出镜的透过率以及抽运光的脉冲宽度对光学参量振荡器谐振阈值的影响.光学参量振荡器的抽运源采用输出波长为1 064 nm的声光调Q Nd∶YVO4激光器,在重复频率为2 kHz、周期极化掺镁铌酸锂晶体的温度为30 ℃的条件下,光学参量振荡器的振荡阈值仅为48 mW.当抽运功率为94 mW时获得了25 mW的信号光输出,其光-光转换效率为26.6%.     

低阈值单谐振周期极化掺镁铌酸锂光参量振荡器

对基于周期极化掺镬铌酸锂晶体的信号光单谐振光学参量振荡器的输出特性进行了实验研究.讨论了光学参量振荡器谐振腔的腔长、周期极化铌酸锂晶体的通光长度、输出镜的透过率以及抽运光的脉冲宽度对光学参量振荡器谐振阈值的影响.光学参量振荡器的抽运源采用输出波长为1 064 nm的声光调Q Nd:YVO_4激光器,在重复频率为2 kHz、周期极化掺镁铌酸锂晶体的温度为30℃的条件下,光学参量振荡器的振荡阈值仅为48 mW.当抽运功率为94 mW时获得了25 mW的信号光输出,其光-光转换效率为26.6%.     

高功率中红外3.8 μm激光器

 采用1.06 μm激光泵浦准相位匹配周期极化铌酸锂（PPMgLN）晶体光参量振荡器,实现高功率高效率高重复频率3.84 μm中红外激光输出。泵浦源为椭圆光斑1.06 μm激光,PPMgLN晶体MgO摩尔分数为5%,光参量振荡器为外腔单谐振结构,采用e→e+e相位匹配,利用了PPMgLN晶体的最大非线性系数。在1.06 μm激光功率为73 W,声光Q开关工作频率为7.5 kHz的条件下,获得平均功率8.3 W,波长3.84 μm激光输出,光-光转换斜率效率14.1％,水平和垂直方向光束质量平方因子分别为1.94,4.57。     

4.1μm高功率中红外内腔光参量振荡器

提出了一种紧凑型、声光调Q、高功率的4.1μm中红外内腔式氧化镁掺杂的周期性极化铌酸锂晶体光参量振荡激光系统.基于内腔单谐振光参量振荡器动力学模型,对内腔光参量振荡器的阈值倍数及下转换效率的影响因素进行分析,提出实验中对光参量振荡阈值调节的办法,优化了大功率情况下光参量振荡的下转换效率.引入共振泵浦与单端键合晶体方式提高了大功率泵浦的热稳定性.基于光场传输理论与谐振腔稳定性理论,并考虑增益介质热效应,数值模拟了大功率泵浦注入时腔内基频光、信号光及闲频光的三波光场模式匹配,以确保光参量振荡器在高功率下稳定运转.对光参量振荡阈值进行调节,提高了参量光的下转换效率,最终得到4.125μm的中红外高重频脉冲瓦级激光输出,激光重复频率1～100kHz可调,脉冲宽度小于9ns,最高单脉冲能量36.7J,最高峰值功率4.257kW,最高输出功率为1.12 W,其对应的下转换效率为29.7%,最大光光转换效率为4.26%.     

光参量振荡过程的物理图象及BBO参量振荡器

本文采用折射率面来描述光参量振荡过程的物理图象,获得了光参量振荡过程的相位匹配图象和频率调谐的简单的数学表达式,直观简洁地说明了光参量振荡器频率调谐曲线的调谐行为.我们用1.06μm和0.532μm激光泵浦β-BaB2O4(BBO)晶体,获得了角度调谐的BBO光参量振荡器的调谐范围分别为1.7～2.35μm及0.72～2.1μm,最大能量转换效率为15％,还讨论了输出能量与腔长的关系.     

LD侧泵的声光调Q Nd∶YAG/KTP人眼安全激光器

为获得人眼安全的激光,在一个由激光二极管（LD）阵列侧泵、声光调Q的Nd∶YAG激光器谐振腔中放置一非临界相位匹配的KTP晶体,形成了一个内腔式光学参量振荡器,实现了准连续的1.57 μm激光振荡.通过对单谐振光学参量振荡器阈值公式进行讨论,采用了平凹腔的结构和尽可能短的光学参量振荡器腔长,有效地降低了光学参量振荡器的泵浦阈值.测量了不同声光重复率和不同透射率输出镜下光学参量振荡器输出的各项特性参量.分析了声光重复率和输出镜的透过率对光学参量振荡器的泵浦阈值和输出脉冲波形的影响,并对实验中出现的饱和现象作了解释.当泵浦电流14.5A,声光重复率10 kHz,光学参量振荡器输出镜透过率15%时,在保持单脉冲输出的情况下,获得了1.57 μm激光的最高平均功率输出值1.748 W.     

外腔式宽调谐被动调QNd:YVO_4/PPMgLN光学参量振荡器

报道了一个低阈值宽调谐、被动调Q、单谐振掺MgO的周期性极化铌酸锂晶体(PPMgLN)光学参量振荡器。利用被动调Q的Nd:YVO4激光器作为泵浦源,采用外腔结构,在室温下,实现了PPMgLN晶体的准相位匹配光学参量振荡。光参量振荡的阈值仅为0.27W(单脉冲能量4.5μJ、脉宽35ns);在泵浦光为1.35W(脉冲能量8.2μJ、脉宽35ns),PPMgLN周期为31μm时,获得了161.9mW,3.202μm脉冲激光输出;同时获得了98.5mW的1.594μm信号光输出,总的光光转化效率达到19.3%。通过改变晶体的周期,实现了闲频光3.13～4.19μm,信号光1.43～1.65μm的宽带可调谐激光输出。     

高斯反射率镜单谐振光参量振荡器模式分析

采用高斯光束传输矩阵描述光参量谐振腔的行为,通过迭代计算模拟高斯光抽运高斯反射镜单谐振光参量振荡器的振荡过程,分析了谐振腔参数和抽运光口径对腔内输出模式的影响。报道了1 064μm脉冲抽运平 GRM腔单谐振非临界相位匹配KTP光参量振荡器的实验,其结果与理论分析相符。     

环形腔2.05μm单谐振KTP晶体光参量振荡器研究

针对大气CO_2浓度探测差分吸收激光雷达的应用需求,采用稳定环形腔和模式匹配设计,搭建了一套单纵模1 064nm激光泵浦的单谐振KTP晶体光参量振荡器,获得高斜率转换效率、基横模的2.05μm波长纳秒激光脉冲输出.在8字形环形行波稳定腔中,将2块II类相位匹配KTP晶体以走离补偿方式放置,在20Hz重复频率下,当泵浦单脉冲能量达到11mJ时,获得了单脉冲能量为2.4mJ的2.05μm信号光输出,脉宽约24ns,斜率效率达到53%.2.05μm信号光光束质量因子在x、y方向分别为1.3和1.2.     

光参量过程中的逆转换问题

逆转换是影响光参量变换转换效率、参量光光束质量以及参量光输出稳定性的关键因素,随光斑分布和时间变化,逆转换现象很难消除.文中分析了光参量变换过程中的逆转换问题,研究了影响逆转换的关键因素.分析得出,适当的晶体长度、优化的抽运光斑截面类型、合适的谐振腔参数(对于振荡器)有利于降低逆转换,提高参量转换效率,改善参量光光束质量.根据理论分析结果,设计了脉冲砷酸钛氧钾(KTA)光参量振荡器,实验获得了270 mJ信号光和150 mJ闲频光输出,有效地抑制了逆转换的影响,参量转化效率达到了43%. 关键词： 逆转换 光参量放大 光参量振荡     

非谐振腔型KTP光参变振荡器

研究了双晶体走离补偿、非谐振腔型KTP光参变振荡器，利用一套膜片实现了KTP相位匹配所允许的全波段调谐，信号光调谐范围0.698μm-1.026μm，闲频光调谐范围1.105μm-2.237μm。5倍阈值处，信号光840nm最高输出能量53mJ，能量转换效率25.8%，量子转换效率40％，闲频光的量子郊率也达到32％。     

基于MgO:SLN晶体的环形腔太赫兹参量振荡器

基于摩尔分数为1%的氧化镁掺杂的近化学计量比铌酸锂晶体,采用环形腔结构的浅表垂直出射方式组成太赫兹波参量振荡器。该振荡器的太赫兹波输出调谐范围为0.99～3.84 THz,频率调谐响应时间为600μs。当抽运能量为150.30 mJ、太赫兹频率为1.59 THz时,太赫兹脉冲的输出能量达到最大值,为16.28μJ,对应的能量转换效率为1.08×10~(-4)。在相同的实验条件下,该环形腔结构太赫兹波参量振荡器输出的最大太赫兹波能量是传统线形腔结构的2.35倍,实现了高能量、快速可调谐的太赫兹波输出。     

基于光参量振荡器的重频人眼安全激光器技术研究

 对KTP-OPO的相位匹配进行了理论分析和计算,并绘制了角度调谐曲线。基于光参量振荡器,选用KTP非线性晶体,在1.57μm人眼安全激光波段进行了实验研究。将脉冲氙灯侧面泵浦Nd∶YAG 1.064 μm激光应用于腔内KTP-OPO设计中,在工作频率5 Hz时,输出激光能量32 mJ,脉冲宽度7.22 ns,光 光转换效率为41%。这一结果使重频远距离人眼安全激光测距成为可能。     

周期极化铌酸锂晶体的红外光谱测量分析

对周期极化非线性品体的光参量振荡器实现连续调谐输出的条件进行了理论模拟和分析,并且针对基于多周期的掺镁铌酸锂晶体光参量振荡器进行了实验研究,在掺镁铌酸锂晶体内制作了6个等间隔的晶畴区,其间距为0.5 μm,极化周期范围为29.0～31.5 μm.在室温下采用LD端面抽运的声光调Q Nd:YVO4激光器作泵浦源,实现了PPMgLN光参量振荡器的信号光在1449.7～1665.0 nm、闲频光在3 989.2～2 946.0 nm范围内的调谐输出,其最低激射阈值为108.0 mW、最高激射阈值为149.2 mW.当泵浦功率为649 mW时,获得了信号光最高为118.5 mW的输出,其光-光转换效率为18.26%;闲频光最高输出为46.6 mW,其光一光转换效率为7.18%.以上参数均接近实用化水平.而且,这两个波段的光源分别在整个光纤通信的S+C+L波段和大气层透射窗口范围,具有十分重要的应用前景.     

脉冲式2 μm KTiOAsO4光参变振荡器

为了验证KTiOAsO4(KTA)晶体用于光参变振荡产生2μm激光的可行性,设计了脉冲式2μm KTA光参变振荡器,采用θ=49°切割的KTA晶体作为光参变振荡晶体,实现了2μm激光的输出;计算了该系统在双谐振情况下的起振阈值,在实验中测得输出的信号光、闲频光波长在2.16μm和2.09μm附近,与理论计算基本吻合,并测量了脉冲宽度。同时选用了对信闲光透过率分别为60%、70%、90%的镜片作为光参变振荡器(OPO)输出镜,测得了三种情况下的输出能量及电光效率的数值;测得了在380 V电压下,输出镜透过率一定时输出能量与光参变振荡器腔长之间的关系曲线,从而验证了KTA晶体用于光参变振荡产生2μm激光的可行性,为下一步的研究工作打下了基础。     

高增益LiNbO3光参量振荡器

报道一台采用调Q红宝石激光器泵浦的高增益角度调谐LiNbO_3光参量振荡器.最大输出能量和转换效率分别高达50mJ/pulse和19%.该振荡器从1.1444μm到1.7652μm连续可调谐.     

基于闲频光谐振的中红外高能量、高光束质量KTiOAsO4光学参量振荡器

基于砷酸钛氧钾(KTA)晶体优良的非线性光学特性,研究了由1μm Nd:YAG纳秒脉冲调Q激光器泵浦的高能量、高光束质量闲频光单谐振光参量振荡器。选取合适镀膜参数的腔镜、优化腔型设计,建立了一个稳定紧凑的半球形对称闲频光单谐振腔,实现了高能量、高光束质量的近-中红外激光输出。在输入泵浦光的(1.064μm)最大能量为20.2 mJ时,输出信号光(1.535μm)和闲频光(3.468μm)的最大能量分别为2.91 mJ和1.13 mJ,对应信号光和闲频光的斜效率分别为20.9%和8.1%。闲频光单谐振的光参量振荡器具有更大的衍射损耗和光束发散角,可以极大的限制输出光束的光谱带宽、提高谐振闲频光的光束质量等优势,测量了输出中红外闲频光在两个正交方向上的光束质量因子分别为M_x²≈1.1,M_y²≈1.1。