超短中红外参量放大过程的时空走离特性

 计算了MgO:LiNbO₃晶体中，共线与非共线相位匹配光参量放大产生超短中红外激光脉冲过程中的相位匹配曲线、有效非线性系数以及时间和空间走离情况。结果表明，采用非共线相位匹配方式，可以实现三波间群速度匹配；在抑制了泵浦光与信号光之间的空间走离的同时加大了泵浦光与闲频光之间的空间走离，但这种影响可以忽略；同时非共线角的引入使相位匹配角增大，提高了有效非线性系数。因此，非共线角的引入在不影响空间走离的情况下，有效补偿超短中红外参量放大过程中的时间走离，有利于参量放大转换效率的提高。     

子午面大视场、孤矢面大孔径的耦合系统设计

本文提出了一套由４块柱面透镜组成的激光二极管阵列泵浦固体激光器的耦合系统，它可以将尺寸为４０ｍｍ×３．６ｍｍ的半导体激光二极管阵列的发光面所发出的子午面发散角±１０°，弧矢面发散角为±３０°的泵浦光耦合到接收面的系统可用于半导体激光二极管阵列泵浦固体激光器的研究。     

皮秒级BBO晶体光参量发生放大器中的线宽的分析与计算

采用全量子理论，建立了皮秒级光参量发生放大器中自发参量辐射产生参量光线宽的数学方程，并对影响参量光线宽的种种物理机制进行计算机模拟，分析和比较。其结果是：在远离简并点时，所产生的参量光线宽很小，而在简并点附近，参一光线宽急剧增大；且泵浦光的发散角和在偏轴方向的泵浦光对参量光线宽的影响较大。     

皮秒级BBO晶体光参量发生放大器中线宽的分析与计算

采用全量子理论，建立了皮秒级光参量发生放大器中自发参量辐射产生参量光线宽的数学方程，并对影响参量光线宽的各种物理机制进行计算机模拟、分析和比较。其结果是：在远离简并点时，所产生的参量光线宽很小，而在简并点附近，参量光线宽急剧增大；且泵浦光的发散角和在偏轴方向的泵浦光对参量光线宽的影响较大。这些结果对压缩光参量激光器的线宽具有重要的意义。     

泵浦光的入射角对参量下转换的影响

利用参量下转换制备相关光子实现对各类探测器的量子效率的定标,是近年来兴起的新型定标技术。由于参量下转换的光子转换效率低,探测器输出信号信噪比小。采用短波激光器泵浦PPLN周期极化性晶体,可获得较大功率的参量光。分析了泵浦光在PPLN晶体端面的入射角对参量光的转换效率、空间分布、参量带宽及晶体周期的影响,并进行了数值模拟。分析发现当泵浦光正入射晶体端面时,参量光功率转换大,带宽小,发散角大;随着泵浦光入射角度逐渐增大,参量下转换的转换效率降低,相关光子的带宽变小,发散角变小且参量光的中心波长的空间位置会发生相对偏移。该研究结果可为相关光子探测、模拟探测器量子效率的高精度定标提供理论依据。     

光参量振荡器线宽研究

对０．５３２μｍ波长光泵浦的ＢＢＯ光参量振荡器产生线宽的机制进行了详细分析和计算，结果与实验基本一致，实验结果表明泵浦光发散角是产生线宽的主要因素。文中的分析方法可推广至其它单轴晶体光参量振荡器线宽的分析。     

高功率半导体泵浦固体激光器输出特性的研究

通过实验详细测量了水温、工作电流对二极管激光器发射波长的影响;采用光线追踪法模拟计算出在不同泵浦参数下半导体泵浦光在NdYAG棒内的分布情况,得到了圆周上泵浦模块的个数,泵浦光发散角等因素对泵浦光分布均匀性的影响.采用直接泵浦方式,分别设计了二种不同功率水平的半导体泵浦的NdYAG固体激光器聚光腔,得到了170和800 W的输出功率,并对激光器的输出特性进行详细测量,最大光-光转换效率达37%,电-光转换效率约为16%.     

基于交叉泵浦的受激电磁耦子散射非共线相位匹配方法

提出一种基于交叉泵浦实现受激电磁耦子散射的非共线相位匹配的方法，获得频率可调谐的窄带Stokes光输出。根据参量放大理论，推导出交叉泵浦受激电磁耦子散射的单程放大增益效率表达式，揭示了交叉泵浦实现受激电磁耦子非共线相位匹配的物理机制。实验上采用泵浦光在晶体侧面全反射的方式构建交叉泵浦，通过旋转晶体改变泵浦光全反射角，实现相位匹配条件的改变和输出Stokes光频率的调谐。输出Stokes光线宽为0.17 nm，波长调谐范围为1 068～1 076 nm。在15 mJ的泵浦能量下的输出能量为1.07 mJ，能量转化效率为6.8%。本研究为非线性参量转换过程中的相位匹配方法提供一种方案参考，尤其适用于泵浦光脉宽小于纳秒量级的短脉冲情况。     

掺镱双包层光纤激光器典型参数对斜线效率的影响

分析了双包层光纤激光器(DCFL)耦合方程的解析解，并对信号光散射损耗、后腔镜泵浦反射率等影响掺镱DCFL斜线效率的典型参数进行了理论研究。结果表明，斜线效率并不是随着后腔镜泵浦反射率的升高而单调增大，因为泵浦反射率的升高会影响光纤的最佳长度，从而降低斜线效率。所以在优化斜线效率时应该考虑到泵浦反射率和光纤最佳长度之间的匹配。同时，提高纤芯掺杂浓度、减小信号光散射损耗也能增大斜线效率。     

掺镱双包层光纤激光器典型参数对斜线效率的影响

 分析了双包层光纤激光器(DCFL)耦合方程的解析解，并对信号光散射损耗、后腔镜泵浦反射率等影响掺镱DCFL斜线效率的典型参数进行了理论研究。结果表明，斜线效率并不是随着后腔镜泵浦反射率的升高而单调增大，因为泵浦反射率的升高会影响光纤的最佳长度，从而降低斜线效率。所以在优化斜线效率时应该考虑到泵浦反射率和光纤最佳长度之间的匹配。同时，提高纤芯掺杂浓度、减小信号光散射损耗也能增大斜线效率。     

二极管侧面泵浦薄片激光器泵浦均匀性分析

 建立了二极管侧面泵浦复合薄片激光介质Nd:YAG/YAG的数值模型：二极管阵列的快轴垂直于薄片激光介质表面的排布,二极管对称排列在增益介质的周围,从侧面进行泵浦,通过微柱透镜对二极管的快轴进行准直。模拟并实验研究了激光二极管慢轴方向的远场分布特性,结果发现在近距离时激光二极管慢轴方向上的远场分布近似为高斯分布。对于二极管参量,研究发现泵浦二极管越多,增益介质内泵浦光分布就越理想;增益介质吸收系数越小,泵浦的均匀性就越好,但总的吸收效率下降;二极管与工作物质的距离越近,工作物质靠近中心的区域对泵浦光的吸收就越多,但泵浦的均匀性就越差。选用增益介质为Nd:YAG/YAG的复合薄片介质,当掺杂原子分数以及增益介质的吸收系数不同时,发现0.6%掺杂的增益介质(吸收系数为0.24 cm^-1)的泵浦均匀性比1%掺杂(吸收系数为0.51 mm^-1))有明显改善,实验结果与模拟结果一致。     

受激布里渊散射光束发散性的研究

利用耦合波方程分析了相位共轭效应和受激散射阈值效应对受激散射光发散角的影响.在甲醇、乙醇和丙酮的受激布里渊散射实验中,分别获得受激布里渊散射光发散角减小3.2、3.0和2.4倍,脉宽压缩4.3、4.3和2.6倍,并获得散射光束发散角随泵浦能量的变化关系.     

微透镜变化对半导体激光器光束匀化效果的影响

为了实现高均匀性的半导体激光器泵浦光源,研究了成像型光束积分器中微透镜的变化对泵浦光均匀性的影响。详细讨论了微透镜数值孔径与入射光束的角度匹配的问题。推导了高斯光束经成像型光束积分器的光场分布模型,分析了微透镜的边缘衍射对光斑均匀性的影响,明确了微透镜孔径大小的取值范围,并利用ZEMAX进行了系统仿真及实验验证。结果表明,经优化后的成像型光束积分器实现了不均匀性为8.11%的矩形光斑。     

DLA光源质量对光栅-外腔谱合成系统光束质量的影响

在二极管激光阵列(DLA)光栅-外腔谱合成系统中,由于DLA存在子单元光束发散角、“smile”效应的位置偏差及指向性偏差等因素的综合作用,将导致合成光束的光束质量降低。综合考虑DLA子单元光束发散角、“smile”效应等因素对谱合成系统中光束传输特性的影响,建立了DLA光栅-外腔谱合成系统的光传输模型,进而对谱合成系统中DLA子单元光束发散角、“smile”效应的位置偏差及指向性偏差等因素对合成光束的光束质量影响进行了定量分析。结果表明,DLA光源质量会明显影响合成光束的光束质量：DLA子单元光束发散角和“smile”效应引入的指向性偏差越大,合成光束的光束质量就越差;“smile”效应引入的位置偏差在合束方向上对合成光束的光束质量没有影响,而在非合束方向上引入的位置偏差将会明显降低合成光束的光束质量。在实际工作应用中,需要采取措施提高DLA光源质量,以减小对合成光束的光束质量影响。     

Efficient, low-threshold collinear and noncollinear beta-barium borate optical parametric oscillators

The performance of collinear and noncollinear pulsed barium borate optical parametric oscillators with third-harmonic Nd:YAG pumping is analyzed. The effects of tangential phase matching and pump Poynting vector walk-off compensation are shown to enhance noncollinear operation. However, we show that these effects are mutually exclusive for a typeI beta-barium borate optical parametric oscillator and furthermore that tangential phase matching is dominant. The selection of a collinear or a noncollinear configuration is determined by pump divergence and spot size as well as by crystal aperture. With a pump divergence of 4mrad, noncollinear operation is optimal. The highest slope efficiency, 37%, and the lowest threshold, 5mJ, are obtained with nearly perfect tangential phase matching. For a pump divergence of less than 2mrad and a similar spot size, collinear operation gives the lowest threshold, 3.2mJ, and the highest slope efficiency, 33%.     

大气激光通信用直锥形光纤发射天线

 提出采用直锥形光纤作为大气激光通信的发射天线,将多模光纤输出的部分相干发散光束变换为准平行光束的方案,既能得到发散角很小的部分相干激光光束,又能保证激光器输出能量的完全传输。采用光线追迹法分析了任意光束从锥形光纤小端面输入、大端面输出的发散角。结果表明,当直锥形光纤长度大于某一特定值时,从小端面输入的入射角小于数值孔径角的所有光线理论上都可以变换为出射角度小于光纤半锥角的光线,因此直锥形光纤可以作为部分相干光源的准直透镜,代替传统的凸透镜,用于改善光束的发散角。对远场光斑进行了数值模拟和实验研究,结果显示：直锥形光纤透镜对朗伯光源的准直光束比传统凸透镜的准直光束发散角小,光斑半径小且均匀性好,证明用此方法可以得到低发散、低空间相干性的光斑。     

Beam divergence and refractive power of directly coated solid state lasers

A relation between the far field divergence angle of a laser output beam and the elements of the laser resonator matrix is derived. This relation is applied to the resonator matrix of directly coated laser rods and yields an expression for the far field angle θ_m of the output beam in terms of the pump light induced refractive power D of the rod. By means of this expression D versus the average pumping power is calculated from the experimental values of θ_m for several laser rods and is found to be in good agreement with previously published values.     

光正反方向入射冰洲石Wollaston棱镜分束角的温度效应

为了了解温度变化对光正反方向入射冰洲石晶体Wollaston棱镜分束角的影响,首先明确了棱镜的结构角和晶体中o光、e光的主折射率是决定棱镜分束角的两个因素;然后从温度对这两个因素的影响出发,从理论上对光正反方向入射冰洲石晶体Wollaston棱镜o光、e光分束角的温度效应进行了研究,结果表明：随温度的升高,光正反方向入射时Wollaston棱镜两分束角均在减小,但光正方向入射时o光分束角减小的幅度要比e光大得多,而光反方向入射时e光下降幅度要比o光大得多;总体上光反方向入射要比正方向入射分束角受温度的影响大,实验测试结果与理论分析相吻合.     

猫眼效应中离焦量对激光回波发散角的影响

平行光束或者激光束在光轴方向上照射焦平面成像系统时会产生猫眼效应,焦平面探测器安装的正交性与离焦量直接影响猫眼回波的光学特性,进而影响基于猫眼效应的探测系统的性能。针对猫眼效应中离焦量与后向反射光束发散角之间关系,利用物理光学进行分析,建立理论模型,对焦距为0.18 m的焦平面探测成像系统进行数值计算得到:在离焦量为0.16 mm时,发散角最小（0.019 mrad）。搭建实验系统,测试离焦量与猫眼回波发散角,测得离焦量在0.15 mm附近存在最小的发散角为0.025 mrad,与计算结果0.019 mrad基本吻合。研究表明:1） 负离焦对发散角的影响大于正离焦;2） 猫眼回波发散角基本上随着离焦量绝对值的增加而变大,但是变化曲线并不关于零离焦量点对称,而是在某个正离焦处存在一个最小发散角。