全固态飞秒激光高光束质量三倍频研究(特邀)

对全固态飞秒激光三倍频产生高光束质量343 nm飞秒激光进行了系统研究。基频光源为脉冲宽度为105 fs、重复频率为76 MHz、中心波长为1 030 nm的商用Yb:KGW锁模激光器,利用1.7 mm长LBO晶体获得60%的二倍频转换效率,然后分别研究了基于BBO晶体Ⅱ类相位匹配和Ⅰ类相位匹配的三倍频产生。在基频光功率为5 W的条件下,利用Ⅱ类相位匹配的BBO晶体,获得的最大平均功率为0.71 W,三倍频转换效率约为14%;利用Ⅰ类相位匹配的BBO晶体,获得平均功率为1.01 W的紫外激光输出,三倍频转换效率为20.2%。获得的343 nm紫外激光的光束质量优于1.3。     

光学晶体CsLiB6O10与K2Al2B2O7混频性能研究

基于非线性光学晶体的混频理论，利用CsLiB6O10（CLBO）晶体和K2Al2B2O7（KABO）晶体获得了紫外相干光源，详细比较了两种晶体在Ⅰ类相位匹配下的混频性能，包括混频相位匹配角、有效非线性系数、光波走离角、允许角和允许波长等参量．结果表明，KABO晶体比CLBO晶体的有效非线性系数小，其它性能均与CLBO晶体接近．这对于两种晶体用于产生紫外激光的实验研究提供了重要的理论依据．考虑到KABO晶体较好的物化性质以及不潮解这一显著特征，KABO晶体可能是最有希望实现实用化的紫外混频晶体．     

光学晶体CsLiB_6O_(10)与K_2Al_2B_2O_7混频性能研究

基于非线性光学晶体的混频理论,利用CsLiB6O10(CLBO)晶体和K2Al2B2O7(KABO)晶体获得了紫外相干光源,详细比较了两种晶体在Ⅰ类相位匹配下的混频性能,包括混频相位匹配角、有效非线性系数、光波走离角、允许角和允许波长等参量.结果表明,KABO晶体比CLBO晶体的有效非线性系数小,其它性能均与CLBO晶体接近.这对于两种晶体用于产生紫外激光的实验研究提供了重要的理论依据.考虑到KABO晶体较好的物化性质以及不潮解这一显著特征,KABO晶体可能是最有希望实现实用化的紫外混频晶体.     

相位失配法实现倍频稳定输出的模拟分析

 对BBO晶体Ⅰ类相位匹配倍频过程和KTP晶体XY平面内的Ⅱ类相位匹配倍频过程进行数值模拟，结果表明：Ⅰ类和Ⅱ类相位匹配倍频过程，都可通过引入适量的相位失配量实现稳定倍频输出；随着相位失配量的增大，实现稳定倍频输出所需的晶体长度都变小，倍频稳定输出起伏变小，倍频转换效率有不同程度的下降；相对于XY平面内的Ⅱ类相位匹配倍频过程，BBO晶体的Ⅰ类相位匹配倍频过程对相位匹配偏离角更敏感，且稳定输出时倍频转换效率更低。     

KDP晶体相位匹配角理论预测模型及其验证分析

在高功率固体激光器的终端光学组件内, 大口径薄型KDP (KH₂PO₄)晶体的精密装配和校准是实现惯性约束核聚变的关键技术之一. 为了达到晶体在线安装高效高精度的要求, 需要测量高功率激光三次谐波转换效率达到最高时的晶体相位匹配角分布. 本文针对Ⅰ/Ⅱ类大口径薄型KDP晶体三次谐波转换的方式, 根据晶体的非线性光学属性获得了晶体不同位置相位匹配角之间的关系; 根据激光束在晶体内的传输路径分析得到了晶体面形、相位匹配角与激光三次谐波转换效率达到最高时 晶体最佳偏转角之间的相互关系. 在此基础上, 建立了Ⅰ/Ⅱ类KDP晶体相位匹配角的理论预测模型, 并利用实验进行了验证和分析. 实验结果表明, 晶体相位匹配角的预测值与实验值之差在10.0 μrad以内, 验证了Ⅰ/Ⅱ类KDP晶体相位匹配角理论预测模型的正确性, 为获得晶体全口径相位匹配角分布提供了简单、高效的预测方法.     

共线和非共线模式下单光子探测器定标比对实验研究

采用相关光子法定标单光子探测器的量子效率对提高光学载荷的辐射定标准确度具有重要意义.利用355nm连续激光泵浦BBO晶体产生Ⅰ类自发参量下转换,在共线和非共线两种相位匹配模式下分别测量了单光子探测器雪崩光电二极管在736nm波段的量子效率.结果表明,共线和非共线两种模式测量结果的合成不确定度分别为0.71%和0.39%,相对偏差均优于0.4%,这两种模式都可以定标探测器量子效率,且具有很好的一致性.最后比较了两种模式定标探测器量子效率的优缺点,该研究为以后利用相关光子法对遥感器进行辐射定标提供了晶体相位匹配模式选择的依据.     

绿光抽运准周期光学超晶格产生红光与蓝光的研究

使用一块准周期LiTaO3光学超晶格晶体,利用准相位匹配技术,通过光参变产生与和频两个非线性过程,将一束532nm绿色抽运光转变成666nm红光与443nm蓝光。具体过程为,通过参变过程获得红色信号光和红外闲频光,再通过绿色抽运光与红外闲置光和频获得蓝光,两个过程在同一块准周期光学超晶格中实现,准周期超晶格的两个倒易矢量分别补偿这两个过程中的相位失配。抽运光的脉宽为40ps,重复频率为10Hz,在平均功率为0．5mW时,测得红光和蓝光功率分别0．15mW和16．6μW,转换效率达到34％和3％。这一方法,提供了一种用一块超晶格晶体同时获得三原色输出的有效途径。     

BBO-I非共线光学参变啁啾脉冲放大增益带宽的实验研究

以纳秒级调Q倍频的Nd:YAG激光器为抽运源,以自锁模钛宝石激光器输出并经光栅展宽的800nm啁啾脉冲为信号光,实验研究了其宽带BBO－I非共线相位匹配光学啁啾脉冲放大（OPCPA）的增益谱,研究结果表明,非共线夹角的变化对BBO－I非共线相位匹配光学参变啁啾脉冲放大的增益谱有很大的影响。     

高峰值功率KDP晶体四倍频266nm紫外激光器

报道了一种灯泵浦结构的Nd:YAG晶体电光调Q高峰值功率266nm紫外激光器。结合磷酸二氢钾(KDP)晶体性质,基于倍频理论,分析了考虑走离效应情况下存在相位失配量时KDP晶体长度对转换效率的影响。该激光器采用紧凑的平平腔结构,灯泵浦Nd:YAG晶体电光调Q 1064nm激光作为基频光,腔外采用Ⅱ类匹配磷酸钛氧钾(KTP)和Ⅰ类匹配KDP分别作为二倍频和四倍频晶体。利用能量计、示波器等仪器进行测量,激光器重复频率1Hz时,获得脉宽6.0ns,单脉冲能量35mJ的266nm紫外激光输出,峰值功率高达5.83 MW;当重复频率10Hz时,获得单脉冲能量28.9mJ的266nm紫外激光。532~266nm转换效率最高可达31.9%。利用该高峰值功率、窄脉宽266nm紫外激光器,能够实现激光打标、激光雕刻。     

光学参变啁啾脉冲放大相位失配啁啾脉冲频谱整形新方法

相位匹配是实现高效光学参变啁啾脉冲放大(OPCPA)能量转换的关键之一,通过对几种常用非线性晶体的光学参变啁啾脉冲放大过程进行数值模拟研究,结果表明一定程度的相位失配不但能增加光学参变啁啾脉冲放大增益带宽,而且会使啁啾脉冲光谱强度分布中间凹陷。提出利用光学参变啁啾脉冲放大相位失配放大作为啁啾脉冲频谱整形的新方法,通过理论分析和模拟计算,找到了光学参变啁啾脉冲放大相位失配啁啾脉冲频谱整形效果的控制量;并对几种常用非线性晶体在简并、近简并、非简并等条件下的光学参变啁啾脉冲放大相位失配放大特性进行了比较。     

参变过程中的群速延迟对晶体匹配长度的影响

基于能量守恒和三波耦合波方程,建立了超短脉冲在参变过程中二次谐波产生时的I类和II类相位匹配条件、基波与谐波之间的群速延迟时间、以及群速失配对晶体长度限制的理论基础。以负单轴非线性光学晶体CsLiB6O10为例,分析和数值计算了超短脉冲宽度为100fs时,谐波的群速匹配长度随基波波长变化的规律。研究结果表明在I类相位匹配条件下,基波波长为642nm时,群速延迟最小,相应的群速匹配晶体长度最长为19.1mm;在II类相位匹配条件下,基波波长为767nm,群速延迟最小,群速匹配长度最长为0.89mm。     

Theoretical treatment and simulation of new UV crystal CsLiB6O10 in third-harmonic generation

We calculated theoretically the properties of the nonlinear crystal CsLiB₆O₁₀ (CLBO) in third-harmonic generation (THG). These are the phase matching angle, the effective nonlinear coefficient, the walk-off angle, the permitted angle, and the permitted wavelength, and we found that CLBO has a small walk-off angle and large permitted parameters, as compared with BBO. The numerical simulation curves of the conversion efficiency were obtained for the case where CLBO was used in THG of a Q-switched Nd:YAG laser with a wavelength of 1064 nm and different pump powers and the optimized efficiency was as high as 22%. All this suggests that the CLBO crystal is more suitable for generating intense higher order harmonic radiation.     

新型光学晶体KABO的非线性频率变换特性

简述了新型非线性晶体KABO的光学特性.根据相位匹配角公式、非线性有效系数公式、走离角公式和允许角公式,详细计算了KABO晶体倍频时的相位匹配角、非线性有效系数、倍频时谐波走离角、允许角随波长变化的理论曲线.特别是对LD泵浦掺钕的全固态激光器532 nm输出时,得到了KABO晶体采用I类相位匹配进行四倍频的相位匹配角、非线性有效系数、倍频时谐波走离角、允许角分别为:58.1°、0.254×10^-12m/V、2.8°、1.8233 mrad·mm;并将该晶体与目前可应用于紫外倍频的晶体比较,在考虑走离效应的情况下,研究了四倍频转换效率随KABO晶体长度、基频光光斑半径的变化规律.     

激光二极管侧面泵浦高功率266 nm紫外激光器

 报道了一种半导体激光列阵侧面泵浦Nd：YAG四倍频266 nm全固态紫外激光器,采用Z型腔结构,Ⅰ类临界相位匹配LBO和BBO晶体分别作为二倍频晶体和四倍频晶体。在调制频率为5 kHz时,最终获得了2.1 W的266 nm紫外激光输出,单脉冲能量420 μJ, 绿光到紫外激光的转换率为13.13%,在相同的泵浦功率下利用V型腔结构仅获得305 mW的266 nm紫外激光输出。     

基于参变下转换效应的光辐射定标方法

介绍了一种新型的基于参变下转换效应的光辐射绝对定标方法,利用固体钛宝石激光器倍频后产生的351 nm的激光光源抽运非线性BBO晶体,制备了一对简并的参变下转换光子对(波长为702 nm),并利用晶体的角度调谐特性,制备了另一对非简并的参变下转换光子对(波长为633 nm和789 nm).定标了光电倍增管的量子效率,介绍了实验原理和定标装置,系统分析了测量过程中引入的不确定度.结果表明,参变下转换效应光辐射定标方法的相对合成不确定度小于5.5%.参变下转换定标方法与传统的基于标准探测器的辐射定标方法作了一个比对,表明两种定标方法相对误差小于10%.     

飞秒光参量振荡器中非线性晶体的空间啁啾与角色散

对飞秒光参量振荡器的空间啁啾和角色散进行了理论计算和分析.给出了在非线性晶体中的空间啁啾表达式，以及在BBO晶体Ⅰ类非共线相位匹配情况下，在角度调谐过程中非线性晶体包括角色散在内的二阶、三阶色散的解析表达式，并精确计算了角色散对其二阶、三阶色散的影响. 关键词： 飞秒光参量振荡器 空间啁啾 角色散 二阶、三阶色散     

Generation of UV radiation at 335.5 nm based on frequency-quadrupling of a diode-pumped Nd:YVO4 laser

The generation of ultraviolet （UV） light at 335.5 nm based on frequency quadrupling of a diode-end- pumped Q-switched Nd：YVO4 laser at 1342 nm was demonstrated. KTP crystal was used for generation of wavelength of 671 nm by intracavity doubling and LBO （BBO） crystal was exploited for the subsequent external fourth harmonic generation （FHG）. With 6.3-W absorbed pump power and 10-kHz frequency repetition rate, the UV output power of 35 and 63 mW were obtained by using LBO and BBO as frequency quadrupling nonlinear crystals, respectively. The experimental results show that the conversion efficiency （red-UV） of 6.4% for BBO crystal is higher than that of 3.5% for LBO crystal, but the UV beam quality obtained by LBO crystal is better than by BBO crystal.     

飞秒BBO光参量放大中闲频光二次谐波的产生

由于相位匹配条件和非线性晶体透光范围的限制，400nm蓝光抽运的飞秒β-BaB₂O₄（BBO）光参量放大（OPA）输出的参量光调谐范围有限，很难得到波长小于460nm的蓝光和近紫外光.实验采用1kHz钛宝石九通啁啾脉冲放大器的倍频蓝光作抽运光，超连续白光 作种子光，在Ⅰ类非共线相位匹配条件下，利用宽带的飞秒BBO OPA，在一定的实验参数下 获得了530—810nm放大的信号光，以及810nm—17μm波段范围的闲频光.与此同时 ，还获得了410—700nm连续可调的闲频光的二次谐波，其与闲频光层叠分布，单脉冲能量 为26μJ，转换效率大于5%.仅利用单块晶体的飞秒BBO OPA就可以获得410—810nm连 续可调的飞秒脉冲输出，从而为更多研究和应用的需要提供了重要的光源.对飞秒光参量放 大中闲频光二次谐波产生的条件也进行了理论分析. 关键词： 二次谐波 闲频光 非共线相位匹配 飞秒光参量放大     

在BBO晶体中获得271—281.5nm和频输出

本文用自制的Q-YAG的倍频光泵浦Rh·6G染料,用调谐的染料激光束(562—598nm)与YAG的倍频光束在B-BaB2O4(BBO)晶体中和频,获得的连续可调谐范围是271-281.5nm,和频输出能量大子200μJ,最高转换效率为5%.我们用陈创天等人和K.Kato所给BB0晶体的Sellmetier方程计算了和频调谐曲线,它们之间的相位匹配角大约有一度之差.实验曲线与两条理论曲线都有不同程度的偏差.但是,与K.Kato的理论曲线更为接近.我们还讨论了BBO晶体的长度对输出能量的影响,并解释了产生这种影响的原因。