1560nm激光经PPLN和PPKTP晶体准相位匹配倍频研究

将1560nm光栅反馈复合腔半导体激光器产生的连续激光注入掺铒光纤放大器,放大至约5 W,分别采用周期极化铌酸锂(PPLN)和周期极化磷酸氧钛钾(PPKTP)晶体单次穿过进行准相位匹配倍频,对应获得约336mW和210mW的780nm激光输出,倍频效率约为7%和4.4%。通过监视倍频光纵模,显示其具有良好的单频输出特性。此外,还扫描测得了Rb原子D2线的吸收光谱,表明780nm激光的频率调谐范围大于10GHz。采用无调制偏振光谱技术将1560nm半导体激光器频率锁定至87 Rb 5S1/2(Fg=2)-5P3/2(Fe=3)超精细跃迁线上。相对于自由运转450s内1560nm激光频率起伏约4MHz,锁定后可将残余频率起伏压低至1.5MHz左右。     

Stilbene 420激光染料的光谱特性分析

配制了Stilbene 420染料溶液。测量了其吸收光谱。以调Q倍频Nd∶YAG激光为抽运源,实现了对Stilbene 420染料的激光光谱和荧光光谱的分析。激光光谱在425 nm处获得最强峰值,半峰高宽(FWHM)为1 nm,光谱范围为420～440 nm。荧光光谱峰值在428.5 nm,与激光最强峰值相差3.5 nm。最高染料转换效率为9.26%。     

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。     

用于铯原子里德伯态激发的509 nm波长脉冲激光系统

介绍了一种用于里德伯原子激发的纳秒脉冲激光系统.实验利用两个kHz线宽的1018 nm连续激光器作为种子源,通过两个20 GHz带宽的光纤调制器产生时间分离的脉冲激光;脉冲激光经掺镱光纤放大器后输出峰值功率约4600 W,单次穿过PPLN(周期极化铌酸锂)晶体倍频获得509 nm脉冲激光,典型脉冲激光峰值功率约173 W.该激光系统单路输出脉冲重复频率在300 kHz—100 MHz范围连续可调,脉宽在1—100 ns范围连续可调.该509 nm激光在聚焦条件下可以实现GHz带宽的铯原子里德伯态激发.     

激光告警系统中小型静态傅里叶变换光谱仪的研究

相干激光告警接收机较光谱识别型激光告警接收机有着不可比拟的优点,在相干激光告警中实时可靠地获取敌方来袭激光的光谱细节具有重要意义。文章介绍的基于等效斜楔干涉具和线阵CCD的小型静态傅里叶变换光谱仪,是相干激光告警接收机的重要组成部分,其光学部分由一个等效斜楔干涉具和柱面镜组成,内部不含扫描部件,具有体积小、成本低、结构简单、性能稳定、光谱检测速度快等优点,可以满足脉宽大于等于10 ns脉冲激光信号光谱高速探测的要求。该光谱仪波长范围从400到1 100 nm,波长分辨率小于10 nm。文中详细介绍了该光谱仪的设计方法和关键光学元件的设计原理,进行了相关的性能分析,构建了实验系统,应用该实验系统对7个中心波长分别为635,650 nm等的半导体激光器进行了光谱测试,并将测试结果与使用日本Advantest公司的Q8344A型光谱仪测得的结果进行了比较,得到中心波长平均误差为0.269 nm,绝对平均误差为0.919 nm。波长分辨率最小为1.170 nm,最大为8.845 nm,且有较高的信噪比。     

边带和频作用在宽频带激光频率转换中的贡献限制

本文从单色平面波无吸收损耗三频耦合波方程,小信号近似出发,计算了KDP、ADP、BBO、LiIO_3和LiNbO_3等晶体(1.064μm激光倍频、三倍频、四倍频)的光谱和角度接收半宽Δλ_A、Δθ_(FW),从而为选择宽频带激光频率转换所用的晶体及匹配类型提供了依据。给出了宽频带锁模激光倍频方程,并得出窄频带下二次谐波加强因子(2N~3+N)/3,表明边带和频作用对锁模激光脉冲具有更大的贡献。     

电荷耦合器件及其应用进展

电荷耦合器件（ＣＣＤ）是基于金属－氧化物－半导体（ＭＯＳ）技术的光敏元件。目前ＣＣＤ已具有光谱响应范围宽、检出限低、动态范围宽、暗电流和读出噪声低以及具有积分信号、多道同时检测信号和实时监测等能力的优点。目前它已经广泛地应用在各个领域。本文扼要介绍了ＣＣＤ的基本工作原理。特点及性能表征。评述了ＣＣＤ在光谱检测和成象领域中较活跃的应用及发展前景。指出了ＣＣＤ技术的发展给光谱分析领域带来了革命性的进展     

覆盖可见光波长的掺Er光纤飞秒光学频率梳

飞秒光学频率梳波长覆盖范围向可见光波长扩展对于碘稳频激光的绝对频率测量以及光钟研究中钟激光的绝对频率测量都具有十分重要的意义. 本文在自行研制掺Er光纤飞秒光学频率梳的基础上, 采用放大-倍频-扩谱的方案, 实现了激光输出波长向可见光波长的扩展. 掺Er光纤飞秒光学频率梳输出的一部分光激光脉冲, 功率约为8 mW, 首先经掺Er光纤放大器将功率提高到531 mW, 此后利用MgO: PPLN晶体倍频, 倍频后激光的功率为170 mW, 倍频效率为32%, 脉冲宽度为85 fs. 倍频后的激光通过光子晶体光纤进行光谱展宽. 通过优化入射光偏振状态可以实现波长覆盖500-1000 nm, 输出功率为85 mW, 耦合效率为50%. 采用小型化碘稳频532 nm Nd: YAG激光器输出激光与光学频率梳光谱展宽后的激光进行拍频可以获得30 dB的拍频信号. 覆盖可见光波长的掺Er光纤飞秒光学频率梳为可见光范围内激光的绝对频率测量提供了技术手段.     

采用铷原子射频频率调制光谱与调制转移光谱对1560nm激光经波导倍频至780nm进行稳频的比较

采用射频频率调制光谱(RF-FMS)和调制转移光谱(MTS)将1560nm分布反馈激光器经MgO:PPLN波导高效倍频后锁定于87 Rb原子D2线超精细跃迁。比较了两种方法的原理、谱线以及锁频结果。激光器自由运转30min的典型频率起伏为8~10MHz,采用RF-FMS和MTS锁频30min的频率起伏均方根分别为±135kHz和±85kHz,这主要是由于后者的信噪比高,谱线完全无背景。采用MTS方案,搭建了一套结构紧凑、性能稳定的1.5μm光纤通信波段激光稳频系统。     

激光热效应对PPLN晶体倍频效率的影响

从准相位失配关系出发,研究了PPLN晶体倍频效率与温度的关系,针对温度对折射率与极化周期的影响,分析了激光热效应对准相位匹配系统谐波转换过程的影响。采用有限元分析法计算了PPLN材料内部温度分布状况,并对热效应影响下晶体内部倍频效率变化情况进行了计算。计算结果表明:在不同基频光功率密度下,在倍频过程中晶体温度及通光方向截面折射率的分布不同,在倍频晶体出射面倍频效率的分布也不同;随基频光功率密度增大,晶体整体温度与折射率增大,出射端面倍频效率分布随基频光功率密度变化而变化;与理想条件倍频系统相比,激光热效应对晶体倍频效率有一定的影响。     

平焦场光栅光谱仪

 介绍了用于X光能谱测量研究的平焦场凹面光栅光谱仪的原理、结构及象差校正的设计方法。利用2 400L/mm的变栅距光栅设计和建立了一台平焦场光栅光谱仪，其测谱范围为1.5～10nm。通过在星光装置上利用该谱仪测量C10H16O6等离子体的发射谱线，对谱仪进行了实验考核，表明该谱仪分辨率达到0.02nm。并成功应用于辐射加热等离子体的吸收谱测量研究中。     

高效高分辨率大面积透射光栅谱仪特性的理论分析

为提高透射光栅谱仪对激光等离子体Ｘ光源的收集效率的光谱分辨同铲高分辨率大面积航向光栅光谱仪。该谱仪由轮胎镜、无支撑高线密度光栅和软Ｘ光ＣＣＤ相机组成。应用部分相干光衍射理论,研究了该谱仪成偈面上的光强分布和光谱分辩率,在１．４～１２ｎｍ的摄谱范围内光 人发辨率为０．０５ｎｍ,与实验符合得很好。由于其高效率,该谱仪尤其适用于超短飞秒脉冲激光产生等离子体的实验研究。     

CO2激光锡等离子体极端紫外及可见光光谱

利用CO2激光烧蚀锡靶产生等离子体,当入射到靶面的单个脉冲能量为400mJ,半峰全宽(FWHM)为75ns时,使用光谱仪和增强型电荷耦合器件(ICCD)采集了等离子体的时间分辨光谱。在局域热平衡假设下,利用谱线的斯塔克展宽和五条Sn II谱线的相对强度计算并得到了等离子体电子密度、电子温度和辐射谱线强度随时间的变化规律;利用掠入射极端紫外平场光栅光谱仪,结合X射线CCD同时探测了光源在6.5～16.8nm波段的时间积分极端紫外辐射光谱。实验结果表明:激光点燃等离子体早期的100ns内有很强的连续谱,此后才能分辨出明显的原子和离子线状谱。在延时0.1～2.0μs的时间区间内,等离子体中的电子温度和密度分别在2.3～0.5eV和7.6×1017～1.2×1016 cm-3范围内,均随时间经历了快速下降,然后再较缓慢下降的过程。激光锡等离子体极端紫外不可分辨辐射跃迁光谱峰值中心位于13.5nm,FWHM为1.1nm。     

双光栅切换微型平场全息凹面光栅光谱仪

基于CCD的微型平场全息凹面光栅光谱仪,以其简单紧凑的结构和快速高效的工作方式在光谱分析领域获得了广泛的应用。但是,由于受限于色散距离,单纯依靠优化光栅像差很难进一步使光谱分辨率获得大幅提高。提出一种双光栅切换微型平场全息凹面光栅光谱仪的设计方法,用两个使用结构相同的光栅代替传统的单光栅设计,给出一个光谱范围为400～1000nm光谱仪的具体设计,计算显示光谱分辨率最大可提高为原来的2.5倍。通过对光栅衍射效率的计算分析,说明此方法能够显著改善仪器的通光效率。设计制作了原理样机,进行了装调测试,实验结果与理论计算相吻合。     

激光诱导击穿铜特征谱线自吸收特性研究

应用Nd∶YAG脉冲激光器(532 nm)作为光源,诱导激发TU0Cu样品。以光栅光谱仪和ICCD为谱线分离与探测器件,在30～110 mJ激光能量范围和触发后211～230 μs时间范围内对Cu(Ⅰ)特征谱线324.754,327.396,510.554,515.324和521.320 nm的自吸收特性进行比较研究。研究表明,特征谱线自吸现象随时间增加逐渐减弱,经过5～20 μs逐步消失;在50～100 mJ能量范围内,随着激光能量的增大,谱线的自吸收程度增加,持续时间变长。同时特征谱线的自吸收特性因谱线跃迁能级状态不同而存在差异,具有相同原子组态的324.754,327.396 nm和515.324,521.320 nm两组谱线的自吸收程度随时间和激光能量的演变以及自吸持续时间随能量的变化都分别表现出相似的特征,且总角动量J较大(324.754 nm,1/2-3/2;521.320 nm,3/2-5/2)的谱线自吸收程度相对明显,持续时间较长,受能量变化影响敏感,自吸收程度随能量变化幅度也较大。谱线510.554 nm(3d104p-3d94s2)在能量小于80 mJ时自吸程度较低,持续时间较短;能量在80～100 mJ范围内时自吸程度加大,持续时间变长。     

Transmission grating spectrograph with on-line recording of XUV soft X-ray spectra from laser produced plasmas

The setting up and on-line operation of a transmission grating spectrograph in the XUV soft X-ray region is described. The detector was a microchannel plate–image intensifier combination, and the output of the image intensifier was coupled to a CCD camera–frame grabber system through an imaging lens. The spectrograph could be operated in the 5–20 Å range with 0.6 Å spectral resolution and in the 5–50 Å range with 1 Å resolution, respectively. The high sensitivity of the detector enables single shot operation, which is useful for several laser plasma interaction studies.     

高光谱分辨率紫外平场光谱仪的研制

光栅作为一重要的分光元件,广泛应用于各类光谱仪,其中球面变线距平场光栅以其独特的平场特性使其容易与阵列探测器结合使用,一次实现宽光谱范围的记录。商业球面平场光栅一般只会提供光栅的公称线密度以及相应的安装参数,而不会提供光栅具体的变线距参数,并且提供的安装参数是针对整个使用波段优化的结果。使用者往往只需要其中的一部分波段。针对这种情况,根据球面平场光栅聚焦、分光原理,利用生产厂家提供的光学元件安装参数给出了推导球面变线距光栅变线距参数的方法。并给出了利用这些参数,根据光谱仪的实际工作波段确定最佳的CCD安装位置的方法。根据推导的光栅变线距参数可以对光学系统进行光学追迹已验证光学系统的性能。研制了一台高分辨率紫外平场光谱仪,覆盖光谱范围230~280 nm。采用的球面变线距光栅公称线密度为1 200 lines·mm-1,使用波段为170~500 nm。推导了该光栅的变线距参数,并针对230~280 nm波段对CCD的安装位置进行了优化。同时利用不同元素的标准光源空心阴极灯对光谱仪进行了波长标定和光谱分辨率测试。波长标定采用参数拟合法,整个波段范围内的标定精度优于0.01 nm。光谱分辨率测试的结果表明光谱仪的光谱分辨率达到0.08 nm@280.20 nm。     

Picosecond tunable mode locking of a Cr2+:ZnSe laser with a nonlinear mirror

We report on a nonlinear mirror (NLM) scheme that enables, for the first time to the best of our best knowledge, tunable mode locking of a Cr2+:ZnSe laser in the picosecond regime. The NLM-used as the output coupler of the laser cavity-consists of a periodically poled lithium niobate (PPLN) crystal with a fan-out grating coupled with a dichroic mirror and a wedged dispersive YAG plate. The Cr2+:ZnSe laser, pumped by a CW thulium-doped fiber laser, delivers 85?ps pulses at a repetition rate of 220?MHz with a 300?mW average power. Thanks to the use of a fan-out PPLN crystal, we benefit from the wide tunability of the Cr2+:ZnSe laser and achieve mode locking over the whole 2.44-2.55?μm range while maintaining a narrow-linewidth emission suitable for time-resolved nonlinear spectroscopy applications.     

2.5-W, continuous-wave, 629-nm solid-state laser source

We report an efficient, high-power, cw, 629-nm laser source based on a diode-pumped Nd:YAG laser and a periodically poled lithium niobate (PPLN) frequency converter. This device integrates two separate frequency-conversion steps in a single crystal, taking advantage of the ability to fabricate PPLN with nearly arbitrary grating periods and phase-matching temperatures. This device uses a single PPLN crystal that has two grating regions in series. The first region quasi-phase matches a standard optical parametric oscillator process (1064nm?1540nm +3450nm), and the second region quasi-phase matches a sum-frequency process whereby the pump and the signal light make red light (1064nm+1540nm ?629nm). Using a four-mirror ring cavity, we were able to convert 21% of the 1064-nm pump to 629-nm output, yielding 2.5W of red output with 11.8W of input.