高效率三倍频产生355nm皮秒激光的实验研究

具有高重复频率、高平均功率的皮秒放大激光在科学研究和工业生产中有着重要的应用,尤其是在脆性材料的加工领域,绿光或紫外皮秒激光具有独特的优势.基于我们研制的平均功率23.2 W、重复频率500 kHz、脉冲宽度13.4 ps的Nd:YVO_4激光器,开展了LBO晶体高效率二倍频与三倍频的研究.通过优化相位匹配和晶体内激光的走离,分别得到了平均功率12.7 W的532 nm二倍频激光和9.25 W的355 nm三倍频激光,相应的光光转换效率分别为54.7%和39.8%.激光器具有结构简单、平均功率高、转换效率高等特点,可以广泛地用于科学研究和工业生产中.     

三硼酸锂晶体上1064 nm,532 nm,355 nm三倍频增透膜的设计

采用矢量法设计了三硼酸锂晶体上1064 nm、532 nm和355 nm三倍频增透膜,结果表明1064 nm、532 nm和355 nm波长的剩余反射率分别为0.0017%、0.0002%和0.0013%。根据误差分析,薄膜制备时沉积速率精度控制在 5.5%时,1064 nm、532 nm和355 nm波长的剩余反射率分别增加至0.20%、0.84%和1.89%。当材料折射率的变化控制在 3%时,1064 nm处的剩余反射率增大为0.20%,532 nm和355 nm处分别达0.88%和0.24%。与薄膜物理厚度相比,膜层折射率对剩余反射率的影响大。对膜系敏感层的分析表明,在1064 nm和355 nm波长,从入射介质向基底过渡的第二层膜的厚度变化对剩余反射率的影响最大,其次是第一膜层。在532 nm波长,第一和第三膜层是该膜系的敏感层。同时发现,由于薄膜材料的色散,1064 nm5、32 nm和355 nm波长的剩余反射率分别增加至0.15%、0.31%和1.52%。     

利用PPKTP晶体倍频产生397.5nm激光的实验研究

使用周期性极化(PPKTP)晶体进行了795nm激光倍频的实验研究.实验中,基频(795nm)激光通过锥形放大器(TPA)实现了激光功率放大(400mW),再经过光纤整形后功率输出达100mW以上.将该激光单次通过PPKTP晶体,我们测量了倍频效率随晶体温度的变化关系.再将PPKTP晶体放入红外谐振倍频腔内,在最佳匹配温度和红外光共振条件下,获得了近14mW的397.5nm紫外光,倍频效率为13%.     

高效外腔倍频产生426 nm激光的实验研究

利用与铯原子吸收线对应的852 nm半导体激光作为基频光,泵浦基于周期极化磷酸钛氧钾(PPKTP)晶体的环形腔,进行高效外腔谐振倍频并产生426 nm激光.在理论分析小角度环形腔内的热透镜效应基础上,发现晶体中等效热透镜中心位置并非在晶体的几何中心.在理论分析的基础上,实验上通过精密平移台精细调节PPKTP晶体在腔内位置,使得等效热透镜中心位置与谐振腔的腰斑位置重合,进而减小晶体热透镜效应导致的模式失配对倍频效率的影响.在泵浦功率为515 mW时产生了428 mW的426 nm激光输出,对应的倍频转换效率为83.1%.此高效倍频过程为制备与铯原子吸收线相匹配的非经典光场提供有效泵浦光,为推动量子非经典光场的应用以及量子信息科学的发展奠定基础.     

缓冲层对LiB_3O_5晶体上1064nm,532nm倍频增透膜性能的影响

采用电子束蒸发方法在LiB3O5(LBO)晶体上制备了无缓冲层和具有不同缓冲层的1064nm,532nm倍频增透膜。利用Lambda900分光光度计、MTS Nano Indenter纳米力学综合测试系统以及调Q脉冲激光装置对样品的光学性能、附着力和激光损伤阈值进行了测试分析。结果表明,所有样品在1064nm和532nm波长的剩余反射率都分别小于0.1%和0.2%。与无缓冲层样品相比,预镀Al2O3缓冲层的样品的附着力提高了43%,具有Si O2缓冲层的样品的附着力显著提高。激光损伤阈值分析表明,采用Si O2缓冲层改进了薄膜的抗激光损伤性能,但是Al2O3缓冲层的插入却导致薄膜的激光损伤阈值降低。     

用周期极化KTP晶体高效倍频获得稳定461nm激光

实验采用准相位匹配的PPKTP晶体对922nm连续激光进行外腔谐振倍频,获得稳定461nm激光.实验装置采用一体化环形腔没计,实现最大耦合转换效率达73.3%,获得208 mW的461 nm蓝光输出.实验结论中通过分析,修正损耗误差,得到最佳耦合腔镜反射率,并深入讨论了耦合腔镜的两种反射率对倍频输出功率和效率的影响,同时就晶体吸收效应和热透镜效应对倍频试验的影响也进行了深入研究.     

KNbO_3高效倍频产生427～470nm蓝紫光

厚1.5 mm的KNbO_ 3晶体在室温下角度相位匹配倍频脉冲参量激光获得427～470nm蓝紫光,能量转换效率超过40％,输出单脉冲蓝紫光的峰功率达60kW.对相位匹配曲线、倍频效率与基波光强的关系和相应匹配角允差作了计算和讨论.     

光纤飞秒激光五倍频产生206 nm深紫外激光

深紫外飞秒激光兼具深紫外激光单光子能量高和飞秒激光峰值功率高的优势,这使得深紫外飞秒激光在半导体晶圆检测和角分辨光电子能谱等领域被广泛应用,但是色散导致的群速度失配使得深紫外飞秒激光的输出变得十分困难,本文基于掺镱光纤飞秒激光器,实现了一种基于延迟线的深紫外飞秒激光脉冲产生方案.通过优化延迟线精确补偿时间走离,基于掺镱飞秒光纤激光五倍频获得了重复频率为1 MHz、中心波长为206 nm的深紫外飞秒激光输出,其平均功率102 mW,从近红外到深紫外的转换效率为4.25%.     

不同脉冲宽度355 nm波长激光诱导DKDP晶体损伤特性

研究了用于三倍混频的Ⅱ类DKDP晶体在35 ps,850 ps和7.6 ns三种不同脉宽355 nm波长激光作用下的损伤特性。实验对比分析了损伤阈值、概率和损伤针点形貌、尺寸和密度,并根据损伤阈值及概率得到前驱体阈值及密度。结果表明,前驱体的激光能量吸收量与脉宽线性相关。35 ps激光作用下DKDP有一种前驱体吸收激光能量形成熔融状损伤针点。850 ps激光作用下有两种前驱体吸收激光能量并产生力学破坏形成中心熔融四周断裂的损伤针点。7.6 ns激光作用下只有一种前驱体吸收激光能量,并且形成的损伤针点与850 ps对应的损伤针点有相同特征。     

532 nm激光泵浦硝酸钡晶体产生外腔拉曼激光

 由于硝酸钡晶体具有很强的对称振动(频率1 047 cm^-1)和较高的拉曼增益,可以用来产生受激拉曼激光。采用单端泵浦的外置拉曼振荡腔与双棱镜分光装置进行了硝酸钡晶体拉曼激光实验,泵浦源为倍频Nd: YAG的532 nm激光,硝酸钡晶体通过水溶液降温法生长,尺寸为10 mm×10 mm×48 mm,采用特殊镀膜的腔镜对各阶斯托克斯光进行优化选择。在泵浦源达到65 mJ时,获得21 mJ一阶斯托克斯光,输出波长为563 nm,以及16 mJ的二阶斯托克斯光,输出波长为599 nm,受激拉曼散射SRS最大的整体转换效率（包含一阶、二阶斯托克斯光之和）为56.3%。     

PPKTP晶体半整体谐振腔倍频的397.5nm紫外激光输出

外腔谐振倍频是获得397.5 nm紫外激光的重要方法。搭建了基于周期极化的磷酸氧钛钾(PPKTP)晶体的半整体谐振腔,对经半导体锥型放大器放大的795 nm单频连续激光进行谐振倍频。在203 m W的795 nm基频光输入条件下,实现了60.4 m W的397.5 nm连续单频紫外激光输出,倍频转化效率为30%;在基频光功率约87.5 m W时,得到最大的倍频效率约为34.6%。倍频紫外光光束质量因子M2优于1.21,光束质量良好,30 min内典型的倍频光功率均方根起伏小于1.9%。该倍频器结构紧凑,具有很好的机械稳定性,可实现紫外激光的稳定输出,可用于产生对应铷原子跃迁线的压缩、纠缠态光场,在量子光学和精密测量等领域发挥重要作用。     

不同波长三倍频DKDP晶体的激光损伤

采用传统降温法,利用高纯原料从氘化程度为80%的溶液生长了四方相磷酸二氘钾（DKDP）晶体,并按Ⅱ类三倍频方式切割晶体。三倍频用DKDP晶体的最大问题在于其抗光伤阈值低于KDP晶体,严重限制了激光输出的能量密度和晶体使用寿命。考察了不同波长下三倍频DKDP晶体的损伤阈值,以及激光退火效应。实验表明,激光退火对于DKDP晶体的损伤阈值有显著的提升作用,基频、倍频、三倍频的提升效果分别达到1.4,1.9,2.7倍,是改善DKDP晶体抗光伤能力的有效途径。     

不同波长三倍频DKDP晶体的激光损伤

采用传统降温法,利用高纯原料从氘化程度为80%的溶液生长了四方相磷酸二氘钾(DKDP)晶体,并按Ⅱ类三倍频方式切割晶体。三倍频用DKDP晶体的最大问题在于其抗光伤阈值低于KDP晶体,严重限制了激光输出的能量密度和晶体使用寿命。考察了不同波长下三倍频DKDP晶体的损伤阈值,以及激光退火效应。实验表明,激光退火对于DKDP晶体的损伤阈值有显著的提升作用,基频、倍频、三倍频的提升效果分别达到1.4,1.9,2.7倍,是改善DKDP晶体抗光伤能力的有效途径。     

高功率激光的三倍频高效转换实验

利用两块φ８０ｍｍ×１４ｍｍＫＤＰ晶体，采用“偏振失配”方案在“星光”装置φ７０输出光路上，进行了三倍频实验。在入射光功率密度约为１ＧＷ／ｃｍ￣２时，获得最高的二倍频外部能量转换效率为７６．９％，三倍频最高外部能量转换效率为６６．８％，并且转换重复性和稳定性很好。同时，也通过实验研究了影响三次谐波转换的诸因素。     

利用β-BaB_2O_4晶体的铜蒸汽激光倍频

本文报道用铜蒸汽激光器和β-BaB2O_4倍频晶体产生波长为255nm和289mm的紫外相干光.当输入基波的平均功率为0.5W时,可产生平均功率约3.5mW,峰值功率约7W的倍频波.倍频效率约为0.7%.整个实验装置十分简单.     

355 nm脉冲激光在甲烷中的高效多波长拉曼转换

 研究了脉冲Nd:YAG激光（355 nm）泵浦的甲烷中多级Stokes光的产生和惰性气体对其转换效率的影响,其中一级和二级Stokes光的最大能量转换效率分别可达71%和38%（对应量子效率为79%和48%）,大大高于已往文献报道的20%。在0.5 MPa下,可同时获得322 nm（3.6%）,355 nm（24.5%）,396 nm（24.3%）,448 nm（22.3%）和515 nm（9.3%）的多波长输出。甲烷压力对多级Stokes转换有显著影响：高气压利于产生高效的一级Stokes光,而低气压则适合于高级Stokes光的产生。根据级联受激拉曼散射(SRS)和四波混频(FWM)理论对实验结果进行了分析,结果表明甲烷中高级Stokes光的产生是SRS和FWM协同作用的结果。加入的氦气增强了甲烷中Stokes光的转换效率,而氩气的作用恰恰相反,利用热透镜效应可以很好地解释这些现象。     

355 nm脉冲激光在甲烷中的高效多波长拉曼转换

研究了脉冲Nd:YAG激光（355 nm）泵浦的甲烷中多级Stokes光的产生和惰性气体对其转换效率的影响,其中一级和二级Stokes光的最大能量转换效率分别可达71%和38%（对应量子效率为79%和48%）,大大高于已往文献报道的20%。在0.5 MPa下,可同时获得322 nm（3.6%）,355 nm（24.5%）,396 nm（24.3%）,448 nm（22.3%）和515 nm（9.3%）的多波长输出。甲烷压力对多级Stokes转换有显著影响：高气压利于产生高效的一级Stokes光,而低气压则适合于高级Stokes光的产生。根据级联受激拉曼散射(SRS)和四波混频(FWM)理论对实验结果进行了分析,结果表明甲烷中高级Stokes光的产生是SRS和FWM协同作用的结果。加入的氦气增强了甲烷中Stokes光的转换效率,而氩气的作用恰恰相反,利用热透镜效应可以很好地解释这些现象。     

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。     

基于半整块谐振腔的426nm高效倍频光的产生

通过内置周期极化磷酸氧钛钾晶体的半整块谐振腔,采用铯原子D2线的抽运光实现了426nm的蓝光倍频输出。实验采用了相对松散的聚焦,明显改善了基频光和倍频光吸收诱发的热效应。采用305 mW的模式匹配基频光,获得了117.2mW的倍频蓝光,倍频过程中最高光-光转化效率达到42%;84.5mW蓝光在约1h内的功率起伏为0.48%。结果表明,所提方法可实现倍频光的稳定输出,在量子光学、光与物质相互作用等领域具有广阔的应用前景。     

在AgGaSe2晶体中TEA CO2激光的倍频产生

用炉温下降法生长出尺寸为φ２０×６０ｍｍ的ＡｇＧａＳｅ２单晶体。在１２ｍｍ长，切角为５５°的ＡｇＧａＳｅ２中，获得了ＴＥＡＣＯ２激光的倍频输出，其功率转换效率为１．１２％。泵浦阈值和破坏阈值分别为３ＭＷ／ｃｍ２和１１ＭＷ／ｃｍ２。还讨论了泵浦束的发散角对二次谐波转换效率的影响。