基于闲频光谐振的中红外高能量、高光束质量KTiOAsO4光学参量振荡器

基于砷酸钛氧钾(KTA)晶体优良的非线性光学特性,研究了由1μm Nd:YAG纳秒脉冲调Q激光器泵浦的高能量、高光束质量闲频光单谐振光参量振荡器。选取合适镀膜参数的腔镜、优化腔型设计,建立了一个稳定紧凑的半球形对称闲频光单谐振腔,实现了高能量、高光束质量的近-中红外激光输出。在输入泵浦光的(1.064μm)最大能量为20.2 mJ时,输出信号光(1.535μm)和闲频光(3.468μm)的最大能量分别为2.91 mJ和1.13 mJ,对应信号光和闲频光的斜效率分别为20.9%和8.1%。闲频光单谐振的光参量振荡器具有更大的衍射损耗和光束发散角,可以极大的限制输出光束的光谱带宽、提高谐振闲频光的光束质量等优势,测量了输出中红外闲频光在两个正交方向上的光束质量因子分别为M_x²≈1.1,M_y²≈1.1。     

外腔式宽调谐被动调QNd:YVO_4/PPMgLN光学参量振荡器

报道了一个低阈值宽调谐、被动调Q、单谐振掺MgO的周期性极化铌酸锂晶体(PPMgLN)光学参量振荡器。利用被动调Q的Nd:YVO4激光器作为泵浦源,采用外腔结构,在室温下,实现了PPMgLN晶体的准相位匹配光学参量振荡。光参量振荡的阈值仅为0.27W(单脉冲能量4.5μJ、脉宽35ns);在泵浦光为1.35W(脉冲能量8.2μJ、脉宽35ns),PPMgLN周期为31μm时,获得了161.9mW,3.202μm脉冲激光输出;同时获得了98.5mW的1.594μm信号光输出,总的光光转化效率达到19.3%。通过改变晶体的周期,实现了闲频光3.13～4.19μm,信号光1.43～1.65μm的宽带可调谐激光输出。     

非谐振腔型KTP光参变振荡器

研究了双晶体走离补偿、非谐振腔型KTP光参变振荡器，利用一套膜片实现了KTP相位匹配所允许的全波段调谐，信号光调谐范围0.698μm-1.026μm，闲频光调谐范围1.105μm-2.237μm。5倍阈值处，信号光840nm最高输出能量53mJ，能量转换效率25.8%，量子转换效率40％，闲频光的量子郊率也达到32％。     

单块KTA晶体级联光参量振荡2.6 μm激光器

提出了一种新型的基于非临界相位匹配KTA晶体的自级联光参量振荡(OPO)激光技术。采用LD端面泵浦Nd:YVO4晶体实现1.06 m振荡,腔内泵浦按非临界相位匹配角度切割的KTA晶体,将KTA晶体初次OPO产生的1.5 m信号光封闭在腔内用作二次OPO的泵浦光,实现基于单块KTA晶体自级联OPO的转化。在输出功率8 W的808 nm波长半导体激光泵浦下获得输出功率超过400 mW、斜效率12.7%的2.6 m波长激光输出。结果表明基于单块KTA晶体的级联光参量振荡激光器可望成为获得脉冲2.5~2.7 m波段中红外激光的有效途径。     

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%.     

基于含时分步积分算法反演单体MgO:APLN多光参量振荡能量场

针对脉冲抽运机制下多光参量振荡器内1.57μm和3.84μm跨周期参量光的能量耦合过程,利用含时波动方程建立起关于时间的能量转换模型,并运用分步积分法对模型进行求解,获得参量光转换效率.模拟多光参量放大器输出参量光波形,证实逆转换和模式竞争是影响多光参量振荡的重要因素.进一步,模拟外腔多光参量振荡器1.57μm和3.84μm跨周期参量光的输出情况.分别对比不同输出透过率、晶体长度和谐振腔长度下转换效率的模拟值,证实了输出镜透过率影响1.57μm和3.84μm跨周期参量光的转换效率,同时表明外腔多光参量振荡器存在最佳晶体长度和谐振腔长度.基于仿真结果,开展外腔多光参量振荡器实验.1.57μm和3.84μm参量光转换效率实验值与理论值相吻合,证实此方法能精准地反演多光参量振荡器的能量转换过程,为优化多光参量振荡器、提高参量光转换效率提供了理论依据.     

脉冲内腔光学参变振荡器的研究

对于腔内含有KTP光学参变振荡器的调Q Nd:YAG激光振荡器,利用简单的内腔光学参变振荡器动力学模型,用瞬态耦合波方程求解了抽运激光介质反转粒子数,抽运动率和信号光功率的时间演变特性,结果显示对于不同的抽运水平和光学参变振荡谐振腔结构,内腔光学参变振荡器可以产生一个或者多个信号光脉冲,实验中,通过改变谐振腔输出镜的反射率,得到了单个和多个信号光脉冲,实验结果与理论分析相吻合,最后还分析了内腔光学参变振荡器输出的能量和调谐特性。     

新型非临界相位匹配KTA-OPO 2 μm激光器

首次提出了一种基于非临界相位匹配KTA光参量振荡的新型2 m脉冲激光技术。采用激光二极管(LD)端面泵浦Nd:YVO4晶体实现1.3 m振荡,腔内泵浦非临界相位匹配切割的KTA晶体,初步实现了超过1 W的2.1 m波段激光输出,光光转化效率10%,脉宽3.4 ns (30 kHz)。相对于其他方式获得的2 m波段激光,具有脉宽窄、峰值高、谱线纯等优点,是一种获得2 m波段激光的有效新途径。     

中红外2μm KTA光参量振荡器的输入镜膜层损伤分析

对基于KTA(KTiOAsO4,砷酸钛氧钾)晶体的中红外2μm光参量振荡器的输入镜膜层损伤现象进行了初步分析及对比实验研究,表明薄膜缺陷导致的热效应是造成输入镜膜层损伤、抗损伤阈值低的主要原因,同时发现由于腔镜失调等原因造成的腔内残余1.06μm激光是造成膜层损伤的主要来源,这些结果对改进光参量振荡器系统设计、进一步提高2μm激光输出能量具有一定的指导作用。     

光参量振荡过程的物理图象及BBO参量振荡器

本文采用折射率面来描述光参量振荡过程的物理图象,获得了光参量振荡过程的相位匹配图象和频率调谐的简单的数学表达式,直观简洁地说明了光参量振荡器频率调谐曲线的调谐行为.我们用1.06μm和0.532μm激光泵浦β-BaB2O4(BBO)晶体,获得了角度调谐的BBO光参量振荡器的调谐范围分别为1.7～2.35μm及0.72～2.1μm,最大能量转换效率为15％,还讨论了输出能量与腔长的关系.     

LD端面泵浦声光调QNd:YVO_4/KTA 1.53μm光学参量振荡激光器

介绍了一台连续激光二极管(LD)端面泵浦声光调Q的高重复频率、高效率1.53μm人眼安全光学参量振荡激光器。激光基质材料采用Nd:YVO4晶体,采用按Ⅱ类非临界相位匹配切割、长20 mm的KTA晶体作为非线性光学晶体。在LD泵浦功率13.7 W,声光调Q重复频率60 kHz时,获得最高平均功率2.6 W的1.53μm信号光输出,泵浦光-信号光转换效率达到19%。在最高输出功率2.6 W下测得单脉冲宽度2.9 ns,对应的单脉冲能量和峰值功率分别为43.3μJ和15 kW。     

LD端面抽运Nd:YLF/KTA连续光参量振荡激光

采用非临界相位匹配切割,尺寸5mm×5mm×20mm的KTA作为非线性光学晶体,进行了基于半导体激光端面抽运Nd:YLF/KTA的内腔式连续光学参量振荡激光研究,获得了中红外3.5μm波段的连续激光输出。为了提高连续光参量振荡腔内信号光的功率密度,降低激光输出阈值,采用对信号光高反射的单谐振腔结构进行激光实验。在8.35W的抽运功率下,分别获得了335mW和110mW的3440nm和1505nm的激光输出,对应的总转换效率达到了5.6%。该实验研究表明半导体激光端面抽运的内腔式KTA连续光学参量振荡也能获得高效的中红外激光输出。     

Ce~(3+)∶LiCaAlF_6紫外激光器的研究

报道了利用Nd∶YAG四倍频266nm脉冲激光端面泵浦Ce∶LiCAF晶体,采用平凹谐振腔,输出296nm波长紫外激光.当输出镜透过率为20%,入射泵浦能量为13.5mJ时,获得最大输出激光脉冲能量为270μJ,脉冲宽度为3.4ns,输出激光峰值功率为79.4kW,光-光转换效率为2%,斜效率为1.6%.     

4.3μm级联振荡Dy···PbGa2S4高功率中红外激光的理论研究

数值模拟了基于级联振荡产生4.3μm高功率连续激光的Dy···PGS激光器。模拟了级联振荡Dy···PGS激光器实现稳定连续输出的全过程,计算给出了激光功率和粒子数密度在谐振腔内的空间分布,分析了泵浦光功率、晶体长度和输出镜反射率对4.3μm激光输出的影响。计算结果表明：级联振荡能有效去除Dy···PGS晶体的自终止效应,获得高功率、高效率的4.3μm激光输出;当1.7μm泵浦光功率为10 W时,4.3μm激光的输出功率可达2.535W,斜率效率为29%;晶体最佳长度区间为12～24mm,闲频光输出镜反射率越高越好,信号光输出镜反射率最佳区间为0.8～0.9。     

BiB_3O_6纳秒光参变振荡器

采用电光调Q脉冲Nd:YAG固体激光器的532 nm绿光作为抽运光源(10～13 ns,0～20 mJ),以Ⅱ类相位匹配(θ=57.5°Φ=0°)、尺寸为4 mmX 4 mm×12 mm的三硼酸铋晶体(BiB3O6)与一对1215 nm单谐振波长的平镜组成腔长为40 mm的谐振腔,构建了光参变振荡器的整个实验系统.系统将入射抽运光振荡产生1215 nm的信号光及946 nm的闲频光,结果显示,抽运阈值为9 mJ,最高耦合输出为2.57 mJ,抽运脉冲能量与信号脉冲能量的最高转换效率为14.59%.     

环形腔2.05μm单谐振KTP晶体光参量振荡器研究

针对大气CO_2浓度探测差分吸收激光雷达的应用需求,采用稳定环形腔和模式匹配设计,搭建了一套单纵模1 064nm激光泵浦的单谐振KTP晶体光参量振荡器,获得高斜率转换效率、基横模的2.05μm波长纳秒激光脉冲输出.在8字形环形行波稳定腔中,将2块II类相位匹配KTP晶体以走离补偿方式放置,在20Hz重复频率下,当泵浦单脉冲能量达到11mJ时,获得了单脉冲能量为2.4mJ的2.05μm信号光输出,脉宽约24ns,斜率效率达到53%.2.05μm信号光光束质量因子在x、y方向分别为1.3和1.2.     

1.2 W中红外ZnGeP2光参量振荡器

报导了利用Tm,Ho:GdVO4激光器抽运双谐振ZnGeP2光参量振荡器实验研究.Tm(5%),Ho(0.5%):GdVO4晶体采用液氮制冷方式,工作在77 K温度条件下.以25 W波长为800 nm的光纤耦合激光二极管抽运,2 μm激光最大平均功率7 W,脉冲宽度小于30 ns, 脉冲重复频率5 kHz到20 kHz可调.非线性频率转换晶体ZnGeP2长15 mm,55?切割,OPO谐振腔为平平腔,腔长约25 mm.在5W的2 μm激光抽运下,脉冲重复频率10 kHz,实现了信号光3.7 μm及闲频光4.5 μm中红外激光输出,参量光脉冲宽度为15～17 ns,最大平均功率大于1.2 W,光-光转换效率为20%.测量参量光输出光束全宽度远场发散角4 mrad,光束质量M2因子小于3.     

1.2 W中红外ZnGeP2光参量振荡器

报导了利用Tm,HoGdVO4激光器抽运双谐振ZnGeP2光参量振荡器实验研究.Tm(5%),Ho(0.5%)GdVO4晶体采用液氮制冷方式,工作在77 K温度条件下.以25 W波长为800 nm的光纤耦合激光二极管抽运,2 μm激光最大平均功率7 W,脉冲宽度小于30 ns, 脉冲重复频率5 kHz到20 kHz可调.非线性频率转换晶体ZnGeP2长15 mm,55?切割,OPO谐振腔为平平腔,腔长约25 mm.在5W的2 μm激光抽运下,脉冲重复频率10 kHz,实现了信号光3.7 μm及闲频光4.5 μm中红外激光输出,参量光脉冲宽度为15～17 ns,最大平均功率大于1.2 W,光-光转换效率为20%.测量参量光输出光束全宽度远场发散角4 mrad,光束质量M2因子小于3.     

LD侧泵的声光调Q Nd∶YAG/KTP人眼安全激光器

为获得人眼安全的激光,在一个由激光二极管（LD）阵列侧泵、声光调Q的Nd∶YAG激光器谐振腔中放置一非临界相位匹配的KTP晶体,形成了一个内腔式光学参量振荡器,实现了准连续的1.57 μm激光振荡.通过对单谐振光学参量振荡器阈值公式进行讨论,采用了平凹腔的结构和尽可能短的光学参量振荡器腔长,有效地降低了光学参量振荡器的泵浦阈值.测量了不同声光重复率和不同透射率输出镜下光学参量振荡器输出的各项特性参量.分析了声光重复率和输出镜的透过率对光学参量振荡器的泵浦阈值和输出脉冲波形的影响,并对实验中出现的饱和现象作了解释.当泵浦电流14.5A,声光重复率10 kHz,光学参量振荡器输出镜透过率15%时,在保持单脉冲输出的情况下,获得了1.57 μm激光的最高平均功率输出值1.748 W.     

基于MgO:APLN的多光参量振荡器实验研究及其逆转换过程演化分析

对基于MgO:APLN的多光参量振荡器进行了实验研究. 通过优化MgO:APLN极化结构及参量光耦合输出透过率, 在200 kHz高重复频率1064 nm激光抽运下, 通过单极化晶体实现了1.57 μm, 3.84 μm跨周期参量光输出, 平均功率分别达到2.4 W和1.31 W, 对应光-光转换效率为11.54%和6.25%. 同时针对多光参量振荡过程的逆转换现象, 通过耦合波方程对其进行了数值演化, 并引入“逆转换能量传导区”概念, 指出逆转换能量传导区的存在促使弱增益光学参量振荡器的参量光得到二次增强, 所得结论与实验结果相符合.