激光自倍频晶体研究和应用进展

激光自倍频晶体是一类同时具有激光和非线性效应的复合功能晶体。以激光自倍频晶体制作的全固态激光器具有体积小,调整方便,稳定性高等优点。自1970年代以来,以LiNbO3,YAl3(BO3)4倍频晶体为基质的激光自倍频晶体实现了自倍频激光运转。近年来,以RECa4O(BO3)3(RECOB)为基质的激光自倍频晶体受到重视和广泛研究。本文从对激光晶体、非线性光学晶体及激光自倍频晶体的基本要求出发,在综述激光自倍频晶体研究历史的基础上,讨论了激光自倍频晶体中的基波和倍频光,探讨了NYAB和Nd:GdCOB一类晶体中晶体长度,Nd3+浓度和效率之间的关系。理论估算表明,当浓度适当,晶体长度10mm时,这两类晶体的光–光转换效率可达30%以上。本文总结了NYAB系列晶体的研究历程及RECOB系列激光自倍频研究的思路及取得的成果。在最近10年中,利用山东大学生长的Yb:YAB晶体,获得1.1 W自倍频绿光,光光转换效率为10%;在RECOB体系中,比较了各种晶体的特点,选定Nd:GdCOB为主要研究对象,经过晶体掺钕浓度和长度关系,位相匹配方向、膜系及热工程等多方面研究,获得了1.36 W的545 nm绿光输出,光–光转换效率为17.1%;输出功率为1.03 W时,半小时功率波动不超过1%。这是目前为止,Nd3+离子激光自倍频晶体的最好结果。文章最后介绍了激光自倍频晶体的可能应用。通过理论和实验分析,认为到目前为止Nd:GdCOB是以Nd3+为激活离子最后的激光自倍频晶体,而在Yb3+为激活离子时,Yb:YAB晶体最佳。     

Nd:GdCOB晶体1331.0 nm基频光运转和自倍频红光的观察

Nd:Ca4GdO(BO3)3(简称Nd:GdCOB)是一种新型自倍频晶体[1]. 利用该晶体实现1060.0 nm的自倍频绿光输出, 因内外均已有报道[2]. 我们利用Datachrom-5000型染料激光器泵浦该晶体成功地实现了1331.0 nm基频光和665.5 nm自倍频红光的输出.     

YCOB和Nd:YCOB晶体的倍频系数和最佳相匹配方向的确定

首次报道使用理论计算和Maker条纹方法确定了YCOB晶体的 6个倍频系数 ,并给出了晶体有效倍频系数 (deff)和相匹配角 ( θ,)之间的相互关系 .计算出的曲线显示 ,YCOB晶体的最佳有效倍频系数的位置不是在 x-z的主平面或接近于x-z主平面的位置上 ,而是在 (θ =6 5 9° ,=36 5°)和 (θ =6 6 3° ,=143 9°)两个位置上 .YCOB晶体的倍频转换效率测量及Nd∶YCOB晶体的自倍频转换效率测量均证实上述结果是正确的 .文章的结果对于推动YCOB晶体倍频器件和Nd∶YCOB晶体的自倍频器件的发展将起到重要的作用 .     

新型Nd3+∶Ca4GdO(BO3)3自倍频晶体Cr4+∶YAG被动调Q激光特性研究

采用氙灯抽运自倍频晶体Nd3 +∶Ca4GdO(BO3 ) 3 (简称Nd∶GdCOB) ,Cr4+∶YAG被动调Q ,实现了Nd∶GdCOB晶体被动调Q激光运转 ,测量了饱和吸收体Cr4+∶YAG不同小信号透过率下绿激光单脉冲的输出能量、脉冲宽度、重复率 ,给出了描述Nd∶GdCOB晶体调Q工作原理的耦合波方程组 ,数值求解了该方程组 ,所得的理论结果与实验值相符合     

新型自倍频晶体的进展

近年来,关于自倍频晶体的研究工作取得了重大进展.自倍频晶体是将激光晶体和倍频晶体合二为一的一类晶体.迄今最主要的自倍频晶体有两种:掺钕和氧化锰的铌酸锂(Nd:MgO:LiNbO3,用NMLN来表示)和硼酸钕钇铝 ,用 NYAB来表示).自倍频晶体可用于直接产生蓝绿激光,其作用原理如下: 用波长为800nm左右的红激光泵浦自倍频晶体,发生激光作用产生波长略大于1μm的近红外激光,同时红外激光在晶体中倍频而产生绿激光. 目前,可以得到的NMLN晶体的尺寸(10 × 10 × 25mm)比 NYAB晶体的尺寸(4 × 4 ×10mm)大,但是 NMLN用于产生绿激光时有两个缺…     

(Y,Gd)Al3(BO3)4:Tb的真空紫外光谱特性

(Y,Gd)Al3(BO3)4属于三角晶系,具有R32的空间群,掺入Ce3 ,Tb3 杂质后,其晶格结构没有变化。(Y,Gd)Al3(BO3)4:Tb随着Gd3 摩尔浓度增大,基质吸收带红移。Gd3 和Tb3 之间存在着很有效的能量传递。Gd3 摩尔浓度在一定范围内(0~0·75mol)增大时,样品在120~300nm光谱范围内的激发强度均是增强的;但是,Gd3 浓度过高造成Gd3 的发射增强,GdAl3(BO3)4:Tb在120~240nm光谱范围内激发强度很明显下降。(Y,Gd)Al3(BO3)4:Ce,Tb在真空紫外激发下,发现Tb3 的发光明显的被Ce3 猝灭。     

新型Nd^3＋：Ca4GdO（BO3）3自倍频晶体Cr^4＋：YAG被动调Q激光特性研究

采用氙灯抽运自倍频晶体Nd^3 :Ga4GdO(BO3）3（简称Nd:GdCOB)，Cr^4 :YAG被动调Q，实现了Nd:GdCOB晶体被动调Q激光运转，测量了饱和吸收体Cr^4 :YAG不同小信号透过率小绿激光单脉冲的输出能量、脉冲宽度、重复率，给出了描述Nd:GdCOB晶体调Q工作原理的耦合波方程组，数值求解了该方程组，所得的理论结果与实验值相符合。     

Cr3+:GdAl3(BO3)4晶体生长和光谱特性的研究

采用顶部籽晶法从K2 Mo3 O10 B2 O3 助熔剂体系生长出尺寸为 30mm的Cr3 :GAB晶体 ,吸收谱测试表明 :Cr3 离子在晶体中有两个宽且强的吸收带及一个微弱的吸收线 ,两宽带中心的波长为 4 2 0和 5 95nm ,对应于 4A2 →4T1和4A2 →4T2 两个具有相同的总自旋能级之间的跃迁 ,在4A2 →4T2 吸收宽带的长波边缘处有个很小的吸收峰 ,其波长为 6 81nm ,对应于 4A2 → 2 E(R线 )的跃迁。荧光测试表明 :Cr3 :GdAl3 (BO3 ) 4(CGAB)晶体荧光宽带和一个较弱的荧光线峰并存 ,宽带范围为 6 5 0～ 85 0nm ,峰值波长为 72 3nm ,对应于4T2 → 2 E ,4A2 的联合能级跃迁 ,荧光线峰波长约为 70 0nm ,其强度较弱。计算了晶场强度和Racah参数 ,其中Dq/B =2 371,晶体属于中阶场介质。研究表明 ,CGAB晶体具备可调谐激光晶体的基本光谱要求 ,且有良好的物化性能 ,可以实现宽频带可调谐激光输出。它又具有较大的倍频系数 ,有望实现 35 0nm附近紫外的自倍频激光输出。     

Ln7O6(BO3)(PO4)2:Eu(Ln=La,Gd,Y)的VUV-UV激发和辐射发光

本文报道了Ln 7O6(BO3)(PO4)2:Eu(Ln=La,Gd,Y)在VUV-UV区的激发光谱及Eu3+在可见区的发射光谱.其激发光谱包括基质在真空紫外区的激发带和激活剂离子在紫外区的Eu3+-O2-电荷迁移带,随La3+,Gd3+,Y3+离子半径逐渐减小,Eu3+-O2-电荷迁移带的重心位置逐渐向高能量方向移动,Gd7O6(BO3)(PO4)2:Eu和Y7O6(BO3)(PO4)2:Eu在真空紫外区的吸收与Eu3+-O2-电荷迁移带位于紫外区的吸收的比值要高于在La7O6(BO3)(PO4)2:Eu中的这个比值.激发能可被基质吸收,传递给激活剂离子,得到Eu3+的红光发射.在Gd7O6(BO3)(PO4)2:Eu中,5D0→7F1的发射强度较强,在Y7O6(BO3)(PO4)2:Eu中,5D0→7F2和5D0→7F3的跃迁较强.     

闪光灯泵浦Nd∶YCOB自倍频激光器

Nd∶Ca4YO(BO3)3(简称Nd∶YCOB)是一种新型的自倍频晶体[1～3]. 根据测定的吸收光谱, 它有5条较宽的吸收带, 因而极适合于用脉冲氙灯进行泵浦. 作者利用脉冲氙灯泵浦Nd∶YCOB实现了基频光和自倍频光的运转.     

双KTP晶体倍频过程的实验研究腔外串接倍频

双KTP晶体串接倍频可以克服离散效应并补偿相位失配。本文对串接倍频进行了理论分析与实验观测,指出最佳串接方位。理论分析与实验结果符合很好。     

低对称性非线性光学晶体BIBO的倍频性质

测量了BIBO晶体的主轴折射率.对BIBO晶体在整个空间内的倍频性质进行了系统讨论.当基频 光为Nd:YAG激光时（λ=1064nm），发现最大的有效非线性光学系数位于（168.9°，90°） 的Ⅰ类相位匹配方向上.测量了BIBO晶体的容限角、容限温度、光损伤阈值，以及1064nm的 腔外、腔内倍频性质.实验中，最大腔外倍频转换效率达到68%，腔内倍频输出达到1.06W. 关键词： 低对称性 BIBO晶体 倍频     

激光线宽对单次通过PPMgO:LN晶体倍频效率的影响

通过单次穿过PPMgO:LN晶体产生了2.06 W的780 nm可调谐的连续倍频光. 采用1560 nm的分布反馈式(DFB)半导体激光器、光栅外腔半导体激光器(ECDL)和分布反馈式掺铒光纤激光器(DFB-EDFL)分别作为掺铒光纤放大器(EDFA)的注入光源, 所用的EDFA具有保持窄线宽的功能, 因此可以忽略它对基波线宽的展宽. 研究了激光线宽对单次通过PPMgO:LN 晶体的倍频效率的影响. 控制三台激光器各自注入EDFA的功率一致, 同时也保持EDFA 的输出功率. 在基波功率为12.42 W 时, 使用DFB半导体激光器注入EDFA时得到了1.36 W的780 nm倍频光输出, 转换效率为11.0%; 使用ECDL作为种子源时得到了1.78 W 的780 nm倍频光输出, 转换效率为14.3%; 使用DFB-EDFL作为种子源时得到了2.06 W的780 nm倍频光输出, 转换效率为16.6%. 测得三台种子激光器的线宽分别为1.2 MHz (DFB), 200 kHz (ECDL)和600 Hz (DFB-EDFL). 线宽越窄, 倍频效率越高, 实验结果与理论分析一致.     

BBO晶体在CPM非稳腔Nd：YAG激光器中的腔内倍频效应

本文报道用BBO晶体作为腔内倍频元件,在带抗共振环的对撞脉冲锁模非稳腔Nd:YAG激光器中实现腔内倍频激光输出,获得倍频能量转换效率为50.4%.理论和实验均证明了该激光器的BBO腔内倍频转换效率高于腔外倍频转换效率.     

DH—LDA泵浦Nd：YAG激光器腔内倍频

用国产双异质结半导体激光列阵(DH-LDA泵浦Nd:YAG激光器进行腔内倍频,得到了0.6mW的535nm激光输出,倍频效率为2%;进行了不同脉宽,不同功率的高重复率泵浦实验,利用位相延迟匹配技术,得到了稳定的信频激光输出.分析计算了泵浦阈值,与实验结果基本一致.     

BBO晶体倍频中的温度场与光场耦合模拟

首先建立了无限大晶体截面近似下的时-空4维光场和温度场耦合的倍频模型. 并在瓦级功率激光抽运下,利用解析公式和迭代方法数值模拟了BBO晶体内的倍频过程.得到了基频光和倍频光的振幅和转换效率曲线以及温度场分布,展示了温度场及光场的时间演化过程. 其次分析了抽运功率和晶体长度对转换效率和温度场的影响. 结果给出,温度分布对转换效率和光束质量都有较大影响;对热效应引起的相位失配进行补偿能够很好地改善转换效率的下降,因此必须在实际应用中加以考虑. 关键词： 倍频 温度场 BBO晶体     

周期极化铌酸锂制作与应用

详细介绍了一种波长转换效率很高的周期极化铌酸锂(PPLN)的原理、制作及应用。周期极化铌酸锂以其有效非线性系数大于常用块状晶体一个数量级的特点得到迅速发展，PPLN可通过外加电场极化法、质子交换法等方法制备。近年来其制备工艺和光光转化效率有了很大的提高。周期极化铌酸锂可用于固体激光倍频。半导体激光直接倍频光参量振荡和放大等方面。使用PPLN与否。很大程度上已经成为传统非线性激光光源能否继续发展的决定性因素。     

Single－Mode CW 532nm Output of 1．3W by Internal Frequency Doubling with Ti：MgO：LiNbO_3

Ｓｉｎｇｌｅ－ＭｏｄｅＣＷ５３２ｎｍＯｕｔｐｕｔｏｆ１．３ＷｂｙＩｎｔｅｒｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｏｕｂｌｉｎｇｗｉｔｈＴｉ：ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ_３￥ＬＩＪｉａｎ；ＷＵＬｉｎｇ－Ａｎ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｈｙｓｉｃｓ，ＡｃａｄｅｍｉａＳｉｎｉｃ?..     

全固态腔内倍频被动调Q黄光激光器理论研究

考虑晶体热衍射损耗以及在倍频过程中的非线性腔内损耗的影响,给出了LD泵浦Cr:YAG被动调Q556nm激光的耦合速率方程,数值求解了该方程组获得输出激光的重复频率,平均输出功率,峰值功率随泵浦功率的变化特性,理论值与实验结果符合较好.