掺镱双包层光纤激光器内腔倍频绿光实验研究(英文)

提出了一种内腔形式的双包层光纤激光器倍频绿光的结构,利用腔内极高的抽运光功率密度,理论上能获得高转换效率的倍频绿光输出,结合双包层光纤激光器结构紧凑的优点,容易实现激光器一体化。根据高斯光束透镜变换定律计算了透镜与系统的相对位置,当高斯光束聚焦参数等于倍频晶体长度两倍且束腰处于晶体输出端面时,系统处于最佳聚焦。实验输出10.5mW绿光,系统倍频效率为0.35%。验证了激光在腔内形成振荡,表明该结构能实现高效的连续绿光输出。     

一种基于铌酸锂晶体的高效紧凑腔内倍频绿光激光器

基于周期极化铌酸锂(PPLN)晶体提出并设计了一种高效紧凑腔内倍频绿光激光器。该激光系统采用808 nm激光二极管(LD)端面直接抽运Nd∶YVO4晶体,进而利用极化周期为7μm的PPLN晶体倍频产生532 nm绿光。通过在Nd∶YVO4和PPLN晶体端面镀膜构成激光腔镜,无需采用任何光学透镜、反射镜等分立光学元件,大大降低了系统体积和成本。实验结果显示,当激光器谐振腔腔长为12 mm,抽运功率为4.1 W时,绿光输出功率可达1.343 W,相应的光-光转换效率达32.8%。当LD抽运功率稳定在3.33 W时,2 h内的绿光输出功率波动小于5%。     

周期极化钽酸锂倍频窄谱线全光纤连续激光放大器特性

通过准相位匹配技术,采用1μm波段高功率窄谱线连续光纤激光放大器抽运高二次谐波转换效率周期性极化晶体,是实现高光束质量、小型化、高功率连续绿光激光器的一个非常有前途的方向。实验自主研发了高效率主振荡功率放大(MOPA)全光纤保偏放大模块,获得中心波长为1064.25nm,线宽为0.035nm的30 W连续线偏振激光,并以此作为基频光抽运国产周期极化钽酸锂(PPSLT)晶体进行了外腔单通倍频实验。保持PPSLT晶体的控制温度为145.6℃,在抽运光功率为21.5W时得到了2.1W的绿光输出。实验分析了温度、基频光功率密度和Boyd-Kleinman聚焦因子对倍频光转换效率的影响。实验过程中没有出现饱和现象,进一步提高抽运功率有望获得更高功率的绿光。     

基于准相位匹配的掺铒飞秒光纤激光器倍频特性研究

研究了不同厚度周期极化铌酸锂晶体(PPLN)对掺铒飞秒光纤激光器倍频特性的影响。基于非线性偏振旋转锁模原理和啁啾脉冲放大技术,在1560 nm波段实现了重复频率为100 MHz,输出功率为423 m W,脉冲宽度为80 fs的掺铒飞秒光纤激光输出。以此为基频光源,对0.5,1,10 mm三种不同厚度PPLN倍频晶体进行倍频特性研究,实现了波长在780 nm的飞秒激光输出。其中采用0.5 mm晶体时获得了功率为100.4 m W、脉冲宽度为104 fs的倍频光输出,倍频转换效率为23.7%;采用1 mm晶体时获得了功率为165.0 m W、脉冲宽度为161 fs的倍频输出,倍频转换效率为39%;采用10 mm晶体时获得了功率为185.5 m W,脉冲宽度为305 fs的倍频光输出,倍频转换效率达43.7%。并解释了倍频转换效率和倍频光脉冲宽度随PPLN晶体厚度的变化规律。实验数据为基于锁模光纤激光器产生780 nm波段飞秒光脉冲的研究提供了有益的参考。     

周期极化钽酸锂晶体腔内倍频实验研究

报道了基于准相位匹配(QPM)应用的周期性极化钽酸锂(PPSLT)晶体进行腔内倍频非线性光学变换实验研究.分析比对了不同长度(3.5 mm,5 mm,10 mm)晶体倍频过程.利用3.5 mm PPSLT晶体在2500 mW808 nm激光抽运下产生1445 mW 1064 nm基频光输出,经过倍频可以得到760 mW的绿光输出.同时对于制约倍频效果和效率提高的系统温度控制等问题进行了分析.     

基于PPMgO∶LN晶体的连续波全光纤激光器倍频特性

高功率光纤激光器与周期性极化非线性晶体相结合的频率转换技术,是实现可见及紫外波段激光输出的有效技术手段。本文以线偏振输出的连续波全光纤化激光振荡器为基频光源,以5%(摩尔分数)氧化镁掺杂的周期性极化铌酸锂(PPMgO∶LN)为倍频晶体,进行了单通倍频的实验研究,测量并分析了PPMgO∶LN的温度调谐特性。控制晶体温度为26.9℃,在基频光功率为8.05W时,实现了17.84%的谐波转换效率,对应的倍频绿光功率为1.437W。     

基于光子晶体光纤飞秒激光技术的高功率紫外激光源

实验研究了一种基于大模场面积光子晶体光纤飞秒激光技术的紫外飞秒激光源.分析了群速失配下的倍频光和基频光的走离长度,并实验比较了不同长度的BBO晶体的倍频功率和效率.分别采用5 mm和0.18 mm的两块BBO晶体,在Ⅰ类相位匹配条件下,对光子晶体光纤放大器输出的脉宽为110 fs,重复频率50 MHz的1040 nm飞秒激光进行腔外二倍频(SHG)和四倍频(FHG),获得了高功率紫外飞秒激光.在20 W的平均功率抽运下,获得了8.88 W的二倍频绿光输出,转换效率为44.4%.同时获得了656 mW的四倍频260 nm紫外激光,单脉冲能量13 nJ,最高功率时二次谐波(SH)到四次谐波(FH)的转换效率为7.39%.     

1.06 μm抽运的低阈值三共振准相位匹配光学参量振荡器

在利用模清洁器改善全固化单频Nd∶YVO4激光器输出激光质量的基础上 ,利用准相位匹配 (QPM )技术抽运三共振周期性极化铌酸锂晶体组成的光学参量振荡器 (PPLNOPO) ,在低至 1 5mW的阈值抽运功率下获得2 1μm的近简并下转换光输出 ;当抽运功率为 6mW时 ,输出 0 9mW下转换光 ,光 光转换效率为 15 %。     

掺钕保偏光纤激光器腔内倍频实验研究

从双包层光纤激光器的速率方程和光传输方程出发,数值模拟得到泵浦功率20 W时最佳增益光纤长度。在此基础上,采用线型直腔结构,通过透镜耦合的方式,用808 nm半导体激光器对掺Nd3+熊猫型保偏双包层光纤进行端面泵浦,获得1060 nm连续偏振的基频光输出,其线宽小于5 nm,光-光转换效率达到50%;之后,采用腔内插入KTP晶体的方式对基频光进行倍频获得530 nm的绿光输出,其线宽小于3 nm,倍频效率达到20%。在20 W的入纤功率泵浦下,得到2 W的530 nm连续绿光输出。     

全固态高输出功率单频Nd:YVO4/KTP激光器

利用光纤耦合输出的半导体激光器(LD)端面抽运Nd∶YVO4晶体,激光谐振腔采用四镜环形腔结构,通过KTP晶体内腔倍频,获得了高功率全固态连续单频绿光激光输出。根据临界相位匹配下椭圆高斯光束的倍频理论,通过旋转Nd∶YVO4晶体的方向选取合适的基频光偏振方向,使KTP晶体的走离角所在平面与谐振腔弧矢面平行,可提高内腔倍频转换效率。当抽运功率为20 W时,激光器最大单频绿光输出功率达4.8 W。作为对比,控制基频光偏振方向使KTP晶体的走离角所在平面与谐振腔子午面平行时,激光器最大单频绿光输出功率为4.1 W。对比两种情形下的实验结果,激光器的光-光转换效率从21.8%提高到25.5%。     

低阈值宽调谐的内腔调QNd∶YVO_4/PPLN光学参量产生

将多周期极化铌酸锂(PPLN)晶体置于激光二极管(LD)端面抽运的声光调QNd∶YVO4激光器谐振腔内,实现了准相位匹配内腔光学参量直接产生(QPM-IOPG)。PPLN晶体长20 mm,利用外加电场极化法制作,极化沿晶体的z向进行。设定声光Q开关重复频率为19 kHz,通过温度调谐和周期调谐,获得了信号光在1384~1541 nm范围内的连续输出,脉冲宽度约为80 ns。在PPLN晶体温度为140℃,极化周期为29μm时,内腔光参量产生的阈值仅为0.93 W,在3 W激光二极管抽运功率下,获得了140 mW的信号光输出;在极化周期为26.5μm时,内腔光参量产生的阈值增大到1.36 W,在3 W激光二极管抽运功率下,获得了105 mW的信号光输出。分析了不同极化周期下阈值和转换效率存在差异的原因,对内腔光学参量产生的阈值进行了理论分析和计算。     

GaP,GaAs和PPLN晶体级联差频产生太赫兹辐射

研究周期极化磷化镓晶体(GaP)、砷化镓晶体(GaAs)和周期极化铌酸锂晶体(PPLN)准相位匹配级联差频产生太赫兹辐射,相较于差频过程,级联过程太赫兹辐射输出功率增大9.5倍。通过分析三波耦合方程,计算并比较晶体的波矢失配量、极化周期和太赫兹功率,结果显示,基于GaP晶体产生的太赫兹功率略大于GaAs晶体输出的功率;GaAs晶体的极化周期最小;PPLN晶体的波矢失配量和极化周期取值范围最小,而输出的太赫兹功率和转换效率最高。建立基于周期极化掺氧化镁铌酸锂晶体(MgO:PPLN)准相位匹配原理的宽调谐激光系统,分析吸收因子对输出太赫兹功率的影响,计算级联差频峰值功率和转换效率。十五阶峰值功率3.72 MW,泵浦光总能量到太赫兹辐射能量的转换效率是3.72%。     

基于MgO: PPLN的高重频、高峰值功率中红外光参量振荡器

报道了一种基于周期性极化掺氧化镁铌酸锂晶体(MgO: PPLN)的高峰值功率、纳秒宽调谐中红外光参量振荡器(Optical parametric oscillation, OPO)。采用重复频率30~50 kHz、脉冲宽度小于4 ns的高光束质量1064 nm基频光泵浦基于极化周期为29 μm MgO: PPLN的OPO,当MgO: PPLN温度为80 ℃时获得30 kHz、脉宽1.19 ns、峰值功率48.45 kW的3.93 μm激光输出。在MgO: PPLN 温度区间为50~200 ℃时,中红外调谐输出波长为3.77~3.96 μm。根据实验结果分析讨论了不同重复频率下转换效率的特点、温度调谐特性与理论分析的一致性。     

紧凑型MgO:PPLN宽波段可调谐连续光参量振荡器

报道了基于掺MgO周期极化铌酸锂（MgO:PPLN）晶体的可调谐连续光参量振荡器。该光参量振荡激光器采用了多周期可调谐的MgO:PPLN作为非线性光学晶体,Nd:YVO4为激光晶体的紧凑型半导体激光端面抽运直线腔系统。实验中采用的MgO:PPLN晶体包含28.5~31.5 m之间的7个极化周期,相邻极化周期的间隔为0.5 m。通过调节7个极化周期实现信号光波长1.43~1.67 m和闲频光波长2.93~4.16 m的激光调谐输出。对同一温度下不同极化周期对应的输出波长进行理论计算,与实验结果符合较好。对比分析了输出功率随着不同极化周期和抽运功率的变化关系。当半导体激光入射抽运功率为15.4 W,在31 m极化周期和35℃的控制温度下,最高获得了2.94 W的1 595 nm信号光和1.45 W的3 190 nm闲频光,对应的光光转换效率达28.5%。     

掺镁铌酸锂微结构多周期调谐光学参量振荡器

从傅里叶展开三波耦合波方程出发，对准相位匹配光学参量振荡进行了初步的理论分析，同时对准相位匹配周期极化掺镁铌酸锂微结构光学参量振荡进行了实验研究。通过改变微结构周期，实现了信号光从1.45~1.72 μm的输出，最小阈值为30 μJ。在温度30 ℃，抽运功率为300 mW，最大信号光输出功率为56 mW，斜率效率达18.7%。由于掺镁铌酸锂微结构抗光损伤性能显著提高，无需在高温下进行运转，使得掺镁铌酸锂微结构光学参量振荡器在常温条件下实现连续运转成为可能。与同成份铌酸锂微结构参量振荡器相比，结构更加紧凑，易于实现小型化。     

2μm全光纤结构铥钬共掺光纤激光器

为了实现高效、全光纤化的2μm激光输出,采用中心波长为1569nm附近的级联双包层铒镱共掺光纤放大器来抽运铥钬共掺单模光纤、1550nm/2000nm波分复用器、光纤耦合器构成的环形腔全光纤激光器。当915nm LD抽运驱动电流为6.9A时,获得的最大输出激光功率为57.23mW,斜率效率约为12%,线宽约为4.5nm,阈值抽运功率约为180mW。结果表明,该光纤激光器性能可靠,其在光纤传感、激光医疗等领域将有巨大应用前景。     

周期极化掺镁铌酸锂晶体的光学参量振荡

采用短脉冲极化电场法,在1 mm厚的掺摩尔分数0.05镁的铌酸锂晶体上成功制备了周期为30μm的极化光栅。以输出波长为1.064μm的声光调QNd∶YAG固体激光器作为基频抽运源对其进行了光学参量振荡实验,光参量振荡阈值功率为45 mW(重复频率为1 kHz),在输入功率为490 mW,控温炉温度为160℃时,获得了94 mW的波长为1544 nm的信号光输出,转换效率达到19.2%。并且通过调谐晶体温度(20~180℃),获得了调谐范围为1503~1550 nm的信号光稳定输出。实现了可调谐红外光的稳定输出,验证了晶体周期结构的均匀性。     

周期极化LiTaO_3的准连续倍频

利用高压脉冲周期极化的LiTaO3(PPLT) ,对半导体激光抽运Nd∶YVO4 晶体 10 6 4nm准连续输出进行倍频 ,讨论了其倍频转换效率及倍频过程中的温度调谐特性 ,实验结果与理论吻合很好。在基频光输出为 193mW时 ,其外腔单通倍频转换效率达到 13 5 %。