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。     

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.     

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.     

产生蓝色相干辐射和实现Nd:YAG 1.0642μm倍频90°非临界相位匹配的Nb:KTiPO4

本文报道了用熔盐顶部籽晶法生长Nb浓度(0～13)mol%的Nb:KTP晶体的倍频的Ⅱ型相位匹配的截止波长和Nd:YAG 1.0642μm及Nd:YA1O3 1.0795μm激光在这些晶体中倍频的最佳相位匹配角的测量结果.从中可看出,由于Nb5+的引入使KTP晶体倍频的Ⅱ相位匹配的截止波长有效蓝移,目前已使截止波长蓝移至937nm且有效产生468.5nm的倍频蓝光.同时Nb5+的引入使Nd:YAG 1.0642μm激光和Nd:YA1O3倍频的最佳相位匹配方向产生很大的变化,目前已使Nb:KTP晶体倍频的最佳相位匹配方向为θ＝88.32°、Φ＝0°,非常接近于90°非临界相位匹配方向.     

倍频及参量过程中的相位匹配角折返现象

许多非线性光学晶体在倍频及参量过程中的相位匹配角折返现象目前已由中国科学院物理研究所通过计算得到证实,并由基于经典光学的理论成功地解释了该现象的普遍性,得出倍频及参量过程中的相位匹配角折返现象广泛存在于一类和二类匹配的单轴及双轴晶体中的重要结论. 非线性光学晶体的相位匹配角折返现象是一种十分有趣且具有应用前景的新现象.倍频过程中的相位匹配角折返现象是指当晶体处于某一角度时,存在两个(或两个以上)不同频率的相干光同时倍频相位匹配.参量过程中的相位匹配角折返现象是指当泵浦光频率及晶体角度处在某一范围时,存在两…     

双轴晶体主平面上倍频的相位匹配参量

根据折射率椭球方程及双光轴晶体中光波的传播与偏振特性，分析双轴晶体在主平面内激光倍频相位匹配的特性与方法，导出光波在主平面上传播时倍频的相位失配关系；给出双轴晶体中容许相位匹配倍频的相位匹配角及混频的有效非线性系数deff的表达式。利用可相位匹配的类型、相位匹配角公式和有效非线性系数deff表达式的表，容易对任意一具体晶体在一给定波长求出实际能实现相位匹配的类型或偏振组合，算出相位匹配角，比较不同的相位匹配类型或偏振组合的有效非线性系数，选择最佳的相位匹配类型与方向。从相位失配关系可以计算晶体主平面内倍频的接收角、接收光谱宽度等特性参量。     

低对称性非线性光学晶体BIBO的倍频性质

测量了BIBO晶体的主轴折射率.对BIBO晶体在整个空间内的倍频性质进行了系统讨论.当基频 光为Nd:YAG激光时（λ=1064nm），发现最大的有效非线性光学系数位于（168.9°，90°） 的Ⅰ类相位匹配方向上.测量了BIBO晶体的容限角、容限温度、光损伤阈值，以及1064nm的 腔外、腔内倍频性质.实验中，最大腔外倍频转换效率达到68%，腔内倍频输出达到1.06W. 关键词： 低对称性 BIBO晶体 倍频     

晶体角度跟随三倍频效率控制技术

基于推导的倍频晶体匹配角与温度关系的理论分析,揭示了温度对频率转换过程影响的热光物理机制。数值模拟了频率转换过程中二倍频与三倍频晶体的匹配角热敏感性。由于不同晶体材料热敏感性的差异性,实验获得了激光装置中所用晶体材料的匹配角随温度变化的关系曲线。理论分析了不同输入功率密度情况下匹配角失谐对三倍频过程的影响,并在线验证了温度变化导致匹配角失谐,进而引起三倍频转换效率的下降。根据实验获得的晶体匹配角的热敏感性参数,提出利用晶体角度跟随方法进行三倍频转换效率补偿,实现了三倍频能量的稳定输出。     

用被动调Q激光器腔外倍频检验KTP的切割质量

以KTPⅡ类角度匹配倍频1064nm激光的相位允许角为例,从理论上分析了它的倍频效率与相位允许角的关系,在实验上通过被动调Q激光器腔外倍频对其进行了检验,结果表明,这种方法可以精确地分析倍频晶体的切割角度偏差,并可推广到LBO、BBO等其它非线性晶体上.     

104 W内腔倍频全固态Nd:YAG绿光激光器

报道了一台高功率内腔倍频全固态Nd:YAG绿光激光器,针对KTP晶体热效应和激光热稳定腔,采取了对KTP晶体进行低温冷却的优化措施,以便减少KTP晶体的热效应导致的相位失配,同时兼顾了Nd:YAG棒的热致双折射效应和KTP晶体热透镜效应,设计了热稳定谐振腔;实验中采用80个20 W激光二极管阵列侧面抽运Nd:YAG棒和Ⅱ类相位匹配KTP晶体(在27℃时相位匹配角为φ=23.6°;θ=90°,尺寸为7 mm×7 mm×10 mm)内腔倍频技术,谐振腔腔长为530 mm,KTP晶体的冷却温度为4.3 ℃,抽运电流为18.3 A时,实现平均功率达104 W、脉冲宽度为130 ns的532 nm激光输出;其重复频率为20.7 kHz.光-光转换效率为10.2%.     

掺杂晶体Cd_(0.35)Hg_(0.65)Ga_2S_4的光学特性

研究了掺杂非线性晶体Cd0 35Hg0 6 5Ga2 S4 的线性和非线性光学特性以及相位匹配 .在相同的实验条件下 ,与已知的中红外晶体相比较 ,测定了该晶体的损伤阈值 .实现了CO2 激光二次谐波产生实验 ,与理论预测相一致     

掺杂晶体Cd0.35Hg0.65Ga2S4的光学特性

研究了掺杂非线性晶体Cd0.35Hg0.65Ga2S4的线性和非线性光学特性以及相位匹配.在相同的实验条件下，与已知的中红外晶体相比较，测定了该晶体的损伤阈值.实现了CO2激光二次谐波产生实验，与理论预测相一致. 关键词： 掺杂非线性晶体 Cd0.35Hg0.65Ga2S4 二次谐波产生 CO2激光     

Compensation for the thermal effect in the second-harmonic generation of a Q-switched nanosecond-kilohertz Nd:YVO4 laser

We report the quantitative relationship between the phase-matching condition and the surrounding temperature in a critical phase-matching second-harmonic generation of a Q-switched Nd:YVO₄ laser with a high repetition rate. The thermal effect can be effectively compensated for by appropriately changing the phase-matching angle with respect to the surrounding temperature of a nonlinear optical crystal. A stable wavelength conversion from the 1064 nm fundamental to the 532 nm second harmonic in a type-I critical phase-matching lithium triborate crystal is experimentally achieved and the corresponding conversion efficiency up to 70% is obtained.     

Automatically tunable second-harmonic generation of dye lasers

A new technique which realizes the phase-matching of second harmonic generation (SHG) over a wide spectral range without mechanical or temperature tuning of the SHG crystal is developed. The phase-matching is achieved by changing the angle of the laser beam incident on the SHG crystal using dispersive components such as gratings or prisms. Over the entire spectral range of a Rhodamine-6G dye laser, the phase-matching is realized with a KDP crystal using this technique. This system is capable of producing tunable coherent ultraviolet light from 2300 Å to 3500 Å with an extremely fast scanning rate, if the dispersion of the prism and the SHG crystal is carefully matched.     

深紫外和频晶体CLBO产生193 nm激光的频率变换

 简述了深紫外和频晶体CLBO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CLBO晶体和频产生193 nm激光时的相位匹配角、非线性有效系数、和频时谐波走离角、允许角的具体数值。根据这些数值,并考虑产业化的要求,对目前几种和频方式进行了比较,最终选定波长为λ₁=2 100 nm的o光和波长为λ₂=213 nm的e光作为基频光进行和频的匹配方式。此方式相位匹配角为51.6°,具有大的非线性有效系数0.97,小的走离角3.7°,大的允许角1.9×10^-6 rad·mm,是非常理想的产生193 nm激光的匹配方式。     

连续波激光器腔内倍频晶体半解析分析方法的研究

连续波激光器系统腔内倍频非线性光学晶体吸收基频光辐射产生谐波的同时,也会在晶体内部产生非均匀温升,引起折射率变化,破坏位相匹配条件,影响激光器谐波转换效率.解决问题的关键是准确得出晶体内部温度场.由于激光器中激光模式和边界条件的复杂性,无法得到温度场的解析解.利用半解析热分析方法得出了晶体工作在TEM00模式下产生的温度场计算公式,分析了对温度场分布的各种影响.所得结果对连续波腔内倍频激光系统设计将起到指导作用.     

超短中红外参量放大过程的时空走离特性

 计算了MgO:LiNbO₃晶体中，共线与非共线相位匹配光参量放大产生超短中红外激光脉冲过程中的相位匹配曲线、有效非线性系数以及时间和空间走离情况。结果表明，采用非共线相位匹配方式，可以实现三波间群速度匹配；在抑制了泵浦光与信号光之间的空间走离的同时加大了泵浦光与闲频光之间的空间走离，但这种影响可以忽略；同时非共线角的引入使相位匹配角增大，提高了有效非线性系数。因此，非共线角的引入在不影响空间走离的情况下，有效补偿超短中红外参量放大过程中的时间走离，有利于参量放大转换效率的提高。     

Self-referencing of the carrier-envelope slip in a 6-fs visible parametric amplifier

We demonstrate a scheme for parametric amplification that allows us to measure the drift of the carrier-envelope phase of the output signal pulses. The method is based on the unique double phase-matching properties of a noncollinearly pumped BBO crystal, making possible the detection of the interference between the signal and the frequency-doubled idler. Additionally, the suggested device greatly simplifies the single-shot measurement of the phase evolution in Ti:sapphire laser amplifiers by dispensing with harmonic synthesis from the spectral edges of an octave-wide supercontinuum.