用短谐振腔结构优化THz电磁波参量振荡器的输出特性

以MgO：LiNbO₃为非线性光学介质,通过采用一种高性能腔反射镜实现了一种85mm短腔长的法布里-珀罗式的光学参量振荡器,产生THz电磁波的实验结果.这种短腔长THz参量振荡器比传统的160mm腔长的振荡阈值降低了22.3％;峰值能量提高了170％;频率调谐范围从0.5—2.4THz提高到0.8—3.1THz.还报道了一种基于平面金属丝网的法布里-珀罗干涉仪测量THz波线宽的实验结果.关键词：THz电磁波OPO非线性光学3')\" href=\"#\">LiNbO₃     

LiNbO3电光调谐光学参变振荡器

在光学参变振荡器中 ,角度或温度调谐方式的最大缺陷就是参变光波长变化较慢 ,调谐操作复杂 ;电光调谐方式具有调谐速度快 ,操作简单的优点。利用非线性光学晶体LiNbO3 的电光效应 ,在 1 0 6 4 μmNd∶YAG激光器输出的抽运光作用下 ,切割角θ =4 7.5°,在垂直于 1.0 6 μm抽运光偏振方向上加 - 4 .5 +4.5kV直流电压 ,实现参变光波长调谐输出 ,输出光能量约为 2 6mJ左右 ,转换效率 η≈ 17.3%。实验所得的参变光波长变化与调谐电压的线性关系与理论计算相吻合 ,为实现光学参变振荡器的快速调谐快速输出提供了一种可行的技术途径。     

非简并光学参变振荡器的不稳定性研究

通过求得非简并光学参变振荡器的稳态解及特征值,研究了在共振与失谐两种情况下该系统的不稳定性.结果表明:共振时系统总是处于稳定状态,而有失谐时系统存在不稳定性.并通过数值模拟绘出共振情况下特征值随驱动场强度的变化曲线,及失谐时三个模量的输出信号随时间的变化情况.     

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。     

驱动场对非简并光学参变振荡器动力学特性的影响

研究了驱动场对非简并光学参变振荡器动力学行为的影响,通过计算系统的李雅普诺夫(Lyapunov)指数,发现当驱动场变化时,系统会出现定态、周期态、混沌态和超混沌态,并得到与各状态相应的驱动场取值范围。基于相图、Lyapunov指数谱和时间序列图的数值模拟也证实了计算结果,为进一步研究该系统的混沌反控制奠定了基础。     

BiB3O6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%.     

脉冲式2 μm KTiOAsO4光参变振荡器

为了验证KTiOAsO4(KTA)晶体用于光参变振荡产生2μm激光的可行性,设计了脉冲式2μm KTA光参变振荡器,采用θ=49°切割的KTA晶体作为光参变振荡晶体,实现了2μm激光的输出;计算了该系统在双谐振情况下的起振阈值,在实验中测得输出的信号光、闲频光波长在2.16μm和2.09μm附近,与理论计算基本吻合,并测量了脉冲宽度。同时选用了对信闲光透过率分别为60%、70%、90%的镜片作为光参变振荡器(OPO)输出镜,测得了三种情况下的输出能量及电光效率的数值;测得了在380 V电压下,输出镜透过率一定时输出能量与光参变振荡器腔长之间的关系曲线,从而验证了KTA晶体用于光参变振荡产生2μm激光的可行性,为下一步的研究工作打下了基础。     

相位共轭激光对光学参变振荡器阈值影响的分析

实验上利用受激布里渊散射相位共轭Nd∶YAG激光器抽运KTP非临界相位匹配 (θ =90° ,φ =0 )光学参变振荡器 ,起振阈值比用普通激光器抽运降低 5 0 %。理论上根据受激布里渊散射后向散射光的空间、时间分布特性 ,即光束质量的改善和特殊的窄脉宽、陡前沿脉冲分布 ,分析了这些因素对单共振光学参变振荡器阈值性能的影响     

自抽运光参变振荡器的特性分析

推导了稳态运行的自抽运单共振光参变振荡器(Self-Pumped Singly Resonant Optical Parametric Oscillator,SPSRO)的功率特性表达式.分析了环形谐振腔的结构特性,外部抽运波、激光、信号波的高斯光束聚焦特性,二阶非线性作用过程中的相位失配,以及四能级激光增益介质的端面抽运特性.以掺钕的周期极化铌酸锂(Nd:PPLN)同时作为激光增益和二阶非线性介质,分析了自抽运单共振光参变振荡器的阈值和输出信号波的功率特性.结果可应用于分析一般激光器和单共振光参变振荡器的功率特性.     

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％。     

CsLiB6O10晶体光学参变振荡器的光学特性

根据三波耦合过程中的能量和动量守恒、晶体的塞耳迈耶尔色散方程,通过数值模拟计算了213nm作CLBO光学参变振荡抽运源时,分别得到了在Ⅰ类和Ⅱ类相位匹配时参量光调谐范围为237～289nm、807～2793nm和404～2800nm。获得了在Ⅰ类匹配时的单谐振或双谐振腔的CLBO光学参变振荡转换效率都大于同等条件下的BBO光学参变振荡,Ⅱ类匹配时,CLBO晶体的转换效率略小于BBO晶体,但是CLBO光学参变振荡转换效率的最大值较BBO光学参变振荡出现于更短的紫外波段。从理论上证明了CLBO晶体是优质的深紫外透光波段非线性光学晶体。     

基于耦合场量子受激拉曼散射的太赫兹波辐射

使用两块长度各为65 mm的MgO:LiNbO3和无掺杂LiNbO3晶体,以1064nm的Q开关Nd:YAG激光器作为抽运光源,在12 mJ/pulse的抽运光能量下得到频率范围为0.34～2.90 THz的电磁辐射.分析表明,激光入射使LiNbO3晶体中具有电磁特性的横光学声子可以和入射光子形成耦合场量子.作为一种电磁特性的元激发,LINbO3晶体的耦合场量子的辐射场频率覆盖部分太赫兹频段范围,并可通过耦合场量子受激拉曼散射过程辐射THz波.根据耦合场量子辐射理论,通过分析晶体的耦合场量子色散特性曲线,可以确定该晶体能否辐射THz波及其带宽范围.     

基于PPMgLn晶体全固态宽带可调光学参量振荡器

基于掺MgO周期极化铌酸锂晶体的光学参量振荡器是一种全固态中红外可调谐相干光源.泵浦源为1064 nm声光调Q Nd:YAG激光器.通过温度调谐实现了中红外可调谐参量光的输出,当晶体的温度从40°C升高到200°C时,获得信号光的输出范围为1.561 μm～1.670μm,空闲光的调谐范围为3.342 μm～2.932 μm.当泵浦源脉宽为70 ns,重复频率为10 kHz,平均功率为.161 W,获得波长为1631μm.当泵浦源脉宽为70 ns,重复频率为10 kHz,平均功率为1.61 W,获得波长为1631 nm信号光的输出功率为21 1 mW.     

周期性极化铌酸锂晶体中半非共线型宽带光学参变放大理论研究

基于周期性极化铌酸锂晶体(PPLN)的准相位匹配光参变放大过程,通过倾斜周期极化铌酸锂晶体中极化域(极化光栅)一定角度,实现了介于共线匹配方式和非共线匹配方式之间的一种半非共线型准相位匹配方式,并以该匹配方式下的各光矢量几何关系得出相位匹配曲线,找到在特定抽运光和信号光波长下能获得宽带增益放大的周期极化长度。并研究其极化倾斜角度与温度特性。模拟计算表明,在合适的角度与温度条件下,该方式可以532 nm抽运光抽运的信号光在800 nm和1064 nm处均获得宽带光参变放大。     

高稳定高转换效率光参变放大器倍频抽运光源研究

为了实现光参变放大抽运光源高稳定输出的目的。通过对倍频过程的数值模拟分析,提出倍频中存在“稳定区”的概念,在基频光强一定的条件下(小于倍频晶体破坏阈值),通过非共线双程倍频的方式或串联倍频的方式可有效延长倍频晶体的有效作用长度,保证倍频工作区能够被控制在“稳定区”内,从而实现高稳定高转换效率的倍频输出。实验数据验证了这一结论,实验中,利用非共线双程倍频的方式使得倍频工作区在“稳定区”内,对波动±5.7%的1064 nm高斯脉冲基频光,倍频光波动小于±2%,脉冲形状为高阶高斯脉冲,转换效率大于70%,实验结果表明,倍频光的稳定性指标相对于基频光提高了近3倍。     

三波非共线作用参变过程的相位匹配研究

对各向异性单轴和双轴非线性晶体中三波非共线作用参变过程的相位匹配进行了详细的研究,给出了参变光在非线性晶体主平面内传播的所有非共线参变过程可能的相位匹配类型和相位匹配条件,并推出了所有可能的非共红参变过程的临界相位匹配解的解析表达式。     

非线性简并光学参量放大系统的量子起伏

解析求解了P表象中考虑抽运吃空后的非线性含时简并光学参量放大系统获得压缩光所满足的福克尔-普朗克（Fokker-Planck）方程,并且计算了它在阈值附近及远离阈值的量子起伏。研究表明：若略去与η成正比的项,则通解很自然地过渡到线性近似解。计及与η成正比的项后,该解与Drummond等在阈值附近的微扰展开理论相比,基本相符。但在远离阈值处,微扰展开理论不适用,而该结果在阈值附近以及远离阈值的整个区域均是适用的。当μ→0压缩很小时,起伏趋近于真空起伏;而μ〉〉1,压缩增大时,趋近1／1＋μ线性理论。