基于功率和波长锁定的可调谐飞秒光学参量振荡器

设计并搭建了可调谐飞秒光学参量振荡系统,研究了不同腔长处信号光的稳定性,通过比例积分控制系统控制腔长,分别利用功率锁定和波长锁定两种方法提升了系统的信号光输出稳定性,对比了两种方法分别对信号光输出功率和光谱稳定性的提升效果,研究了两种锁定方式的锁定特点。实验中,利用光纤飞秒激光器抽运PPLN晶体,实现了信号光中心波长在1317～1610 nm连续调谐。通过功率锁定,将15 min内信号光的功率稳定性提升至0.16%,波长稳定性提升至0.35%;通过波长锁定,将15 min内信号光的功率稳定性提升至0.25%,波长稳定性提升至0.03%,利用两种方法都实现了信号光输出功率和波长稳定性的提升。不同的应用领域对于飞秒光学参量振荡器输出信号光功率稳定性及光谱稳定性有不同的要求,本研究对比了两种锁定方式的锁定效果,为今后相关研究提供了实验依据与参考。     

激光二极管抽运正交波罗棱镜腔光学参量振荡激光器

将正交波罗棱镜谐振腔应用于激光二极管(LD)抽运的光学参量振荡(OPO)激光器,实现了Ⅱ类非临界相位匹配KTP晶体的内腔式光参量振荡,获得了高机械稳定性、高热稳定性和较高光束质量的1.57μm人眼安全激光输出.正交波罗棱镜腔存在腔内振荡光束线偏振运行条件,匀化了内腔OPO的抽运光光场.正交波罗棱镜腔OPO激光器解决了内腔式光参量振荡信号光输出不稳定,以及腔内光功率密度较高容易引起光学损伤等工程应用难题.器件采用热传导冷却半圆柱面LD阵列侧向抽运Nd:YAG抽运几何,在20 Hz运行条件下获得平均脉冲能量86 mJ,脉冲宽度5.4 ns,光束发散角5 mrad.能量稳定性优于±2.5%,光-光转换效率(808 nm→1570 nm)9%的优异性能.     

可调谐外差式激光偏频锁定

本文提出一种可调谐外差式激光偏频锁定方法,讨论了这种技术在频域内测量激光器瞬稳以及不同频谱振荡的激光器之间进行锁定的可能应用。给出了两台选支CO_2激光器上锁定实验的结果。考虑了本振频率不稳定性对锁定精度的影响。     

高压缩度压缩态光场制备中的模式匹配

研究了高压缩度压缩态光场制备中高斯光束的空间模式匹配问题。研究结果表明,对于较小的目标腰斑,注入光的腰斑位置和大小的允许偏移范围较小,且模式匹配效率受腰斑位置偏离度的影响大,而对于大腰斑,情况则相反。此外,激光光斑的椭圆率和像散、非线性晶体的热效应均会导致模式匹配效率下降。非对称结构的腔型可以扩大与光学参量腔匹配的激光束腰斑位置所允许的偏移范围,更易实现高的模式匹配效率。     

基于角度切割MgO:PPLN晶体的高平均功率、稳定的连续波单振荡光学参量振荡器

报道了一台稳定的、高平均功率连续波光学参量振荡器,该振荡器为单谐振环形腔结构,参量晶体为角度切割的掺氧化镁周期性极化铌酸锂(MgO:PPLN),由一台波长为1064 nm的Nd:YVO4固态激光器泵浦。在9.8 W的泵浦功率下,可得到波长3069.1 nm的闲频光功率2.15 W,其泵浦-闲频光转换效率达21.0%。得益于腔内寄生振荡的减弱以及热自稳效应,振荡器的输出功率在30分钟内的稳定性优于0.19%均方根偏差(rms)。     

基于角度切割MgO:PPLN晶体的高平均功率、稳定的连续波单振荡光学参量振荡器（英文）

报道了一台稳定的、高平均功率连续波光学参量振荡器,该振荡器为单谐振环形腔结构,参量晶体为角度切割的掺氧化镁周期性极化铌酸锂(MgO:PPLN),由一台波长为1064 nm的Nd:YVO_4固态激光器泵浦.在9.8 W的泵浦功率下,可得到波长3 069.1 nm的闲频光功率2.15 W,其泵浦-闲频光转换效率达21.9%.得益于腔内寄生振荡的减弱以及热自稳效应,振荡器的输出功率在30 min内的稳定性优于0.19%均方根偏差(rms).     

周期性极化掺镁铌酸锂晶体光参量振荡研究

为了实现高转化率3m红外激光光参量振荡输出,采用外加脉冲电场法在厚度为1mm、掺摩尔分数为0.05的镁铌酸锂晶体上成功制备了周期为31.2m的极化光栅,理论计算并模拟了1064nm激光抽运周期极化铌酸锂晶体时,闲频光波长随温度的对应关系,并进行了实验验证。利用1064nm声光调Q Nd:YAG激光器作为抽运源对样品进行了光学参量振荡实验,其中,脉冲激光脉宽为200ns,重复频率是20kHz。在控制温度为80℃、输入抽运光功率为5.567W时,光参量振荡输出波长3m的闲频光功率为1.141W,光光转换效率达到20.1%。结果表明,通过此方法制备的周期性极化铌酸锂晶体光参量振荡,具有较高的光光转换效率。     

基于PDH技术的光学传递腔的锁定

要实现分子激光冷却,一般需要多束频率稳定的窄线宽激光。提出采用Pound-Drever-Hall(PDH)技术将冷却激光通过光学传递腔的方法锁定到铷原子饱和吸收稳频的半导体激光上,从而实现冷却激光线宽压窄和频率长时稳定的实验方案。设计并制作了法布里-珀罗(F-P)光学腔,建立了光学稳频系统,实现了光学腔到参考光源的锁定。     

级联光参量振荡与放大技术研究进展

高性能中红外激光源在科研、民用及军事对抗等领域具有重要的应用价值。级联光参量振荡与放大技术可以显著提高抽运光子利用率,是获取高转换效率、高光束质量和系统高度集成中红外激光的有效方式。介绍了级联光参量振荡与放大技术的基础理论、典型结构以及常用非线性光学晶体,评述了级联光参量振荡与放大技术的研究进展,分析了级联光参量振荡与放大技术在非线性晶体制备、废热管理和镀膜工艺等方面面临的挑战,并对这项技术的发展趋势进行了展望。     

双波长钛氧磷酸钾内腔光学参量振荡激光器

为实现1.06 μm波长激光向人眼安全1.57 μm激光的能量转移,同时在输出光束中保留原1.06 μm波长的泵浦光,以得到双波长激光的混合输出。本文从光参量振荡器(OPO)的基本原理出发,对磷酸氧钛钾(KTP)晶体的光学参量振荡(OPO)获得重频双波长激光输出的过程进行了理论分析和实验研究。采用内腔OPO(IOPO),工作在重频20 Hz下,获得了1.57 μm和1.06 μm双波长激光混合输出能量大于38 mJ,其中1.57 μm波长信号光20 mJ,脉宽5 ns;1.06 μm泵浦光18 mJ,脉宽6 ns,并且波形未出现外腔OPO所观察到的中央凹陷,实验结果与理论分析相吻合。     

光学非简并参量放大过程中的SU(1,1)相干态与光场压缩

本文讨论光学非简并参量放大过程中由光场真空态演化成的SU(1,1)相干态里光场的压缩。结果表明,虽然信号模和闲置模并不独立地显示压缩现象,但它们的迭加模的正交分量将会出现压缩,     

充满Kerr介质的高Q腔中非关联双模压缩相干态场与V型三能级原子的相互作用

研究了充满Ｋｅｒｒ介质的高Ｑ腔中非关联双模压缩相干态场与Ｖ型三能级原子相互作用系统原子能级布居概率及两模场量子统计特性的时间演化,发现能级布居概率曲线有一附加结构,压缩参数仅对崩坍－复原的主结构有影响。对附加结构没有影响。双模互关联函数的时间演化曲线随压缩参数的增大起伏变小;一模为压缩真空态时,互关联函数起伏加剧,光场二阶相干度的曲线随压缩参数的增大起伏变小;一模为压缩真空态时,互关联函数起伏加剧     

与Λ型原子互作用的二项式光场的量子特性

运用全量子理论,研究了∧型三能级原子与二项式光场相互作用过程中光场的量子特性;讨论了∧型三能级原子初始状态和二项式光场系数对光场压缩和二阶相干度特性的影响.在选择较小的原子失谐量γ和二项式光场系数η时,光场表现为光子聚束效应和反聚束效应交替出现,若上述参量较大时,光场呈现完全的反聚束效应;适当选取△和η,在一定时域内耦合系统光场的X<,1分量将呈现出压缩效应.表明二项式光场与∧型三能级原子作用时,光场在一定条件下将处于压缩态,且可呈现出持续的反聚束特性.     

参量放大过程中的振幅K次方压缩及其独立性研究

本文研究了简并参量放大过程中产生光场振幅K次方压缩的条件,结果表明,参量放大过程可使真空产生振幅K次方压缩。并通过对一类光场迭加态的研究,发现光场振幅K次方压缩与通常的二阶压缩以及由Hong-Mandel定义的高阶压缩不等价,是一种新的光场非经典效应。     

KTP光学参量振荡器输出激光的空间模式和光束质量

理论上通过二维傅里叶变换求解耦合波方程 ,分析了KTP光学参量振荡器 (OPO)信号光的空间分布 ;实验上利用Nd∶YAG倍频激光 ( 5 3 2nm)抽运非临界 (θ =90°,φ=0°) 及临界相位匹配KTP (θ =62 7°,φ=0°) OPO ,测量了参量光的空间分布、远场发散角及M2 因子等参数 ,讨论了抽运功率、谐振腔长、残余光后向二次抽运对OPO参量光的发散角和光束质量因子M2 的影响。     

Phase locking of a continuous-wave optical parametric oscillator to an optical frequency comb for optical frequency synthesis

A continuous-wave optical parametric oscillator (OPO) was phase locked to an optical frequency comb in the 830-nm region. The optical frequency of the OPO was controlled by changing the cavity length of the pump laser. The residual phase noise under phase locking was 220 mradrms and the energy concentration to the carrier was 95%. Furthermore, the optical frequency fluctuations of a free-running OPO were measured by using an optical frequency comb that was phase locked to an atomic clock. The measured fluctuations were around 10 MHz in an hour.     

相干态光场与两纠缠原子相互作用过程中光场的压缩效应

采用时间演化算符和数值计算方法研究了两全同二能级纠缠原子与相干光场相互作用过程中光场的压缩效应。结果表明：两原子不是在任一纠缠态下，光场都会被压缩，光场压缩与两原子体系纠缠度有关联。在某一特定时刻，对于特定的光子数而言，在任一纠缠态下，光场可以完全被压缩。     

窄线宽1064 nm掺镱光纤激光器泵浦MgO:PPLN中红外光学参量振荡器研究

提出了一种基于1064 nm掺镱光纤激光器泵浦MgO:PPLN的3.83 μm中红外光学参量振荡器。基于单谐振光学参量振荡器的阈值理论和线宽压窄前后的光束能量集中性理论,分析了不同泵浦光束聚焦深度下,谐振腔内光束分布情况以及线宽调制前后能量的不同集中程度对阈值和光-光转换效率所产生的影响。通过采用单个光纤布拉格光栅的方式压窄了泵浦光线宽,对比分析了在不同占空比下,泵浦光线宽压窄前后对中红外光学参量振荡器输出特性的影响。当泵浦功率为18 W,脉冲激光占空比为0.2%,脉宽为100 ns,泵浦光线宽为2.5 nm时,MgO:PPLN中红外光学参量振荡器获得功率为1.42 W的3.83 μm激光输出,光-光转换效率为7.9%。将线宽压窄到0.1 nm后,脉宽为2 ns,MgO:PPLN中红外光学参量振荡器获得最高功率为1.98 W的3.83 μm激光输出,光-光转换效率为11%,光束质量M2=1.89;同时相比于线宽压窄前激光输出效率提高了39.2%。     

周期极化掺镁铌酸锂光参量振荡器的输出光谱特性

实验研究了基于多周期的掺镁铌酸锂晶体光参量振荡器(OPO),分析了光学参量振荡器的输出光谱特性.实验中,采用激光二极管(LD)端面抽运的声光调Q Nd:YVO4激光器作为光参量振荡器的抽运源,谐振腔采用双凹腔结构.在调Q开关重复频率为10 kHz,周期极化掺镁铌酸锂(PPMgLN)晶体的温度为25.4℃的条件下,实验测得光学参量振荡器的振荡阈值为110 mW.当输入的抽运光的平均功率为325 mW时,获得了平均功率为84 mW的信号光输出,其光-光转换效率为25.8%.通过改变周期极化掺镁铌酸锂晶体的温度(25.4～120℃)和极化周期(28.5～30.5 μm),实现了信号光在1449.6～1635 nm范围内的可调谐输出.在室温25.4℃时,观测到了抽运光与信号光的和频光的光谱.实验结果表明.光参量振荡器输出光谱的半峰全宽(FWHM)小于0.5 nm.     

种子注入光学参量振荡器的纵模特性研究

主要对种子注入单纵模光学参量振荡器的纵模特性进行了理论和实验研究。利用数值模拟方法,对光参量振荡器中的场强方程进行了求解,得出在种子注入情况下,单纵模脉冲光参量振荡器的输出光频率主要由谐振腔纵模频率决定,而注入光频率与腔纵模频率的偏差应小于腔纵模间隔。并利用多纵模的Ｈｅ－Ｎｅ激光器作为种子光,成功地获得了单纵模参量光输出