飞秒激光泵浦I类BBO晶体中自发参量下转换的研究

实验研究了飞秒脉冲激光泵浦I类BBO晶体中自发参量下转换效应,以及产生的彩色锥形辐射现象.系统分析了各参量对二次谐波转换效率及彩色锥形辐射现象的影响.研究结果表明:蓝绿色锥形辐射具有最大的发散角,这与相位匹配理论模拟结果吻合;正入射时,增大泵浦光强及晶体厚度均会引起彩色锥形辐射亮度增加,且最大出射角中心波长往长波移动;不同光束偏振态下可依次观察到彩色锥形辐射、超连续现象.     

飞秒激光泵浦I类BBO晶体中自发参量下转换的研究

实验研究了飞秒脉冲激光泵浦I类BBO晶体中自发参量下转换效应,以及产生的彩色锥形辐射现象.系统分析了各参量对二次谐波转换效率及彩色锥形辐射现象的影响.研究结果表明:蓝绿色锥形辐射具有最大的发散角,这与相位匹配理论模拟结果吻合|正入射时,增大泵浦光强及晶体厚度均会引起彩色锥形辐射亮度增加,且最大出射角中心波长往长波移动|不同光束偏振态下可依次观察到彩色锥形辐射、超连续现象.     

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。     

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%.     

Ⅰ类自发参量下转换光谱圆环空间分布

理论模拟了I类自发参量下转换产生的相关光子光谱圆环的空间辐射角度及光强分布,搭建了相关光子圆环光强分布的实验测量装置,该装置利用355 nm连续激光器泵浦BBO晶体产生I类自发参量下转换相关光子圆环,使用CMOS传感器作为相关光子圆环探测单元,通过2×2维点阵扫描方法探测了完整的相关光子圆环,测量的光谱分布为430～860 nm.实验结果表明:测量的相关光子圆环直径与理论值符合较好;Ⅰ类自发参量下转换过程产生的相关光子在空间呈同心圆环分布;相关光子光谱具有宽光谱分布特点.     

I类自发参量下转换光谱圆环空间分布

理论模拟了I类自发参量下转换产生的相关光子光谱圆环的空间辐射角度及光强分布,搭建了相关光子圆环光强分布的实验测量装置,该装置利用355nm连续激光器泵浦BBO晶体产生I类自发参量下转换相关光子圆环,使用CMOS传感器作为相关光子圆环探测单元,通过2×2维点阵扫描方法探测了完整的相关光子圆环,测量的光谱分布为430~860nm.实验结果表明:测量的相关光子圆环直径与理论值符合较好;I类自发参量下转换过程产生的相关光子在空间呈同心圆环分布;相关光子光谱具有宽光谱分布特点.     

AgGaS_2晶体Ⅱ类非共线相位匹配CO_2激光参量上转换

本文报道了AgGaS_2晶体Ⅱ类非共线相位匹配Q开关Nd:YAG激光泵浦CO_2激光参量上转换研究结果,用迭代法计算了相位失配因子△K=0时的最佳非共线夹角.当泵浦功率密度为6MW/cm~2和晶体长度为4.7mm时,功率转换效率达16.1%,并且首次采用硅雪崩光电二极管接收和频信号.     

啁啾匹配和同步抖动对光参量啁啾脉冲放大的影响

 通过研究光参量啁啾脉冲放大过程转换效率随泵浦光啁啾参数的变化,以及信号光和泵浦光波长的对应关系,确立了信号光和泵浦光同步时实现线性啁啾匹配的方法。以磷酸二氢钾作为非线性晶体,研究了信号光和泵浦光之间的线性啁啾匹配和时间同步抖动对光参量啁啾脉冲放大后信号光脉冲波形和转换效率的影响。结果表明：在时间同步的情况下,线性啁啾匹配时的信号光脉冲波形很对称,转换效率也较高;在同步抖动程度一定的情况下,不同泵浦光啁啾参数时,信号光的增益及放大后的脉冲波形差异较大;在线性啁啾匹配程度一定时,信号光和泵浦光时间同步抖动越严重,放大信号光的脉冲波形变化越大,信号光增益越小,且转换效率也越低。     

Yb3+离子掺杂钨酸钾钆晶体的光谱参数

从Yb³⁺:KGd(WO₄)₂(KGW)的吸收谱和荧光谱出发,利用倒易理论计算其各个光谱参量,如吸收截面,受激发射截面,辐射寿命等.由于Yb³⁺:KGW晶体较适合用作二极管泵浦的激光器的材料,而激光二极管所发出的光是偏振光,晶体又是双折射晶体,因此研究了泵浦光的不同通光方向和偏振方向对Yb³⁺:KGW晶体荧光光谱的影响.实验表明在不同情况下其对晶体荧光强度影响较大,因此在设计用激光二极管泵浦的激光器时,应考虑合适的泵浦光偏振方向和入射在晶体上的轴向,其中泵浦光的通光方向比泵浦光偏振方向对晶体的荧光强度的影响更大.对按晶轴切割的这两种晶体,相同实验条件下,荧光强度I_c>I_b>I_a.对于按折射率主轴切割的来说,荧光强度I_Np>I_Ng>I_Nm.在通光方向为c轴,偏振方向平行b轴时得到了最大的荧光强度.     

LD端面泵浦折叠腔Nd∶YVO4/LBO激光器

对端面泵浦Nd∶ YVO4构成的四镜Z型折叠腔结构进行了理论研究,合理调整谐振腔的参量关系,使谐振腔能够适应不同泵浦功率下激光晶体热焦距的变化,同时所设计的折叠腔还具有腔参量调整灵活等特点.以LBO晶体为倍频晶体,采用Ⅰ类角度调节位相匹配技术,在双端泵浦光功率为26 W时,成功地获得了4 W稳定的连续绿光输出.Nd∶ YVO4/LBO绿光激光器输出为4 W时的稳定性为1.3%,其光-光转换效率达到13%.     

温度调谐MgO：LiNbO3晶体光参量振荡器

采用调Q Nd:YAG激光倍频光(0.532μm)泵浦温度调谐MgO:LiNbO_3晶体单、双谐振光参量振荡器(OPO包括DRO、SRO)的实验结果.双谐振(DRO)调谐范围达844.1～1411.3nm,最低泵浦阈值0.22mJ/pulse;单谐振(SRO)调谐范围达738.9～1032.2nm,最低泵浦阈值0.66mJ/pulse.最大能量转换效率为10.4%.     

多波段相关光子光谱分布与时间相关性测量实验研究

基于相关光子的定标技术能够实现“无标准传递”绝对定标,研究相关光子的光谱辐射特性及时间相关特性对遥感器在宽波段的辐射定标具有重要意义。为满足光电探测器在宽谱段量子效率定标需求,基于相关光子的定标技术有必要从单一波段向更多波段扩展。根据自发参量下转换所满足的相位匹配条件,推导出相关光子在晶体内的非共线角计算公式,通过数值模拟相关光子光谱辐射角度分布规律,优化晶体相位匹配角,使得自发参量下转换产生的相关光子具有宽光谱分布,并且相关光子辐射角度与光谱波长能够一一对应。根据光谱分布数值模拟结果,建立了多波段相关光子的光谱分布和时间相关性测量实验系统,利用该系统测量了四对相关光子的光谱分布、符合计数、相关时间以及偏振特性。其中,测量的光谱分布范围为633~808 nm,最大光谱分布测量偏差为1.51 mm,光谱分布实验测量结果与数值模拟结果符合一致;测量了四对相关光子对的相关时间,最小相关时间为0.32 ns,并在实验中观察到了“符合三峰”现象;相关光子单光子计数及符合计数与泵浦光的偏振方向呈正弦函数关系。实验研究表明,相关光子对具有可见光~近红外宽波段分布、时间相关及偏振特性。论文研究结果在国内外尚属首次报道,该研究结果有望应用于光电探测器在多波段的辐射定标。     

光纤激光器光参量啁啾脉冲放大现象

实验研究了采用信号光在一块非线性晶体内被同一束泵浦光放大两次的结构来实现光参量啁啾脉冲放大过程中对参量荧光的控制,实验得到了2×106的双通总增益,输出总能量为2 mJ,信号光能量晃动小于3％ rms,此时参量荧光仅占输出总能量的1％.采用这种放大结构,提高了短信号光与长泵浦光在时域上的匹配和转换效率,抑制了参量荧光,并提高了放大信号光的能量稳定性.     

周期极化铌酸锂THz波产生理论分析

首先采用光参量振荡的机理研究了THz波在准相位匹配媒质周期极化铌酸锂晶体中同向传播与反向传播情况下,以及THz波从晶体表面辐射产生的特性;其次研究了THz波的温度调谐特性、极化反转光栅周期调谐以及改变入射泵浦光与光栅波矢夹角的调谐特性;然后分析了THz波谱宽特性,给出解析表达式,并与实验结果进行了比较,证明理论分析结果与Y.S.Lee等人所给出的实验结果符合很好;最后分析了THz波的稳定性与温度、光栅周期、泵浦入射角以及辐射角的关系.     

周期极化铌酸锂中通信波段纠缠双光子的波长管理方法

理论研究了周期极化铌酸锂晶体中通过自发参量下转换产生的纠缠双光子的波长管理方法.简并自发参量下转换产生的单色偏振纠缠双光子的波长,可以通过调整晶体的极化周期或工作温度自由地调节,特别是在加工好的晶体中极化周期是确定的,因而调整晶体的工作温度更加便捷.对于双色偏振纠缠双光子来说,不需改变入射的泵浦光以及晶体的极化结构,仅通过调节晶体的工作温度就可以实现o光光子和e光光子波长的严格交换.     

双共振准相位匹配光学参量振荡器的调谐特性

利用全固化单频Nd：YVO4激光器泵浦双共振难相位匹配铌酸锂连续光学参量振荡器，实验研究了该光学参量振荡器下转换光的调谐特性。通过改变PPLN晶体的温度及OPO的腔长，下转换光的调谐范围分别为189nm和175nm，通过改变泵浦光频率，信号光频率连续调谐375MHz。实验结果与理论计算值基本吻合。     

光子晶体发光二极管光抽取效率及远场辐射特性的数值研究

运用三维时域有限差分法,研究了完美/缺陷光子晶体特定参量的改变对发光二极管光抽取效率影响,得出优化参量.基于近场远场转换,进一步分析了两种不同类型的缺陷引入及其周边空气孔半径的改变对光子晶体发光二极管远场辐射特性的影响.数值研究的结果表明,通过引入缺陷以及减小缺陷周围空气孔半径能够同时提高光子晶体发光二极管的光抽取效率和远场辐射方向性.     

光子晶体发光二极管光抽取效率及远场辐射特性的数值研究

运用三维时域有限差分法,研究了完美/缺陷光子晶体特定参量的改变对发光二极管光抽取效率影响,得出优化参量.基于近场远场转换,进一步分析了两种不同类型的缺陷引入及其周边空气孔半径的改变对光子晶体发光二极管远场辐射特性的影响.数值研究的结果表明,通过引入缺陷以及减小缺陷周围空气孔半径能够同时提高光子晶体发光二极管的光抽取效率和远场辐射方向性.     

单光子态的产生与测量

报道了通过自发参量下转换产生单光子态的实验研究,使用中心波长425 nm的飞秒脉冲泵浦Ⅰ类非共线相位匹配的BBO晶体,在实验上得到单光子计数率为2.978×10-4,并分析了实验中的相关问题.     

高重复频率高效率光参量啁啾脉冲放大研究

准相位匹配晶体在光参量放大过程具有更大的有效非线性系数,数值分析显示在光参量前级放大过程中就能够提供6.2×106的高增益饱和放大,参量转换效率大于25%,并基于准相位匹配的参量增益特性给出了一个全二极管激光器泵浦的亚TW级高重复频率OPCPA系统的优化设计.