基于ZnGeP2光参量振荡器的长波红外双波段调谐实验研究

文中报道了一种基于ZnGeP₂ (ZGP) 的纳秒宽调谐长波红外光参量振荡器(optical parametric oscillation, OPO)。采用重复频率50 Hz、脉冲宽度小于10 ns的1064 nm基频光泵浦基于Ⅱ类相位匹配KTP的光参量振荡器产生2.1 μm激光,进而泵浦基于Ⅰ类相位匹配的ZGP光参量振荡器产生7~11 μm长波红外输出。通过对ZGP的角度调谐获得了2.815~2.963 μm连续可调谐信号光,对应闲频光波长连续可调谐范围为7.82~9.08 μm。通过泵浦波长调谐的方式,当采用2107.13~2153.95 nm范围内的激光泵浦ZGP-OPO,获得了信号光波长范围为2.624~2.662 μm和2.745~2.956 μm的连续可调谐输出,对应闲频光范围为7.94~9.07 μm和10.20~10.82 μm。闲频光波长为8.03 μm、能量为0.8 mJ时,ZGP-OPO的泵浦光至闲频光转换效率9.4%。     

LD抽运Nd:YVO41.34μm激光器及其热效应研究

研究了激光二极管(LD)抽运Nd:YVO4连续波1.34 μm激光器在不同腔长时的输出特性,通过计算晶体中的振荡光光斑大小随泵浦功率的变化,分析了1.34 μm激光输出的热透镜效应对腔稳定性和激光输出特性的影响,为1.34 μm激光谐振腔的优化设计提供了基本的理论依据.实验中采用简单的平-凹腔结构,泵浦功率为7.56 W时,得到2.39 W的连续波1.34 μm激光输出,最大斜效率为36.5%,光-光转换效率为31.7%.     

LD泵浦的1.34 μm Nd:YVO4晶体高效率激光器

报道了光纤耦合输出大功率LD模块泵浦的1.34 μm Nd:YVO4晶体高效率激光器,在泵浦功率为6.6 W时,激光输出达2.27 W,光-光转换效率为34.4%,斜效率达45%.利用KTP晶体进行腔内倍频,得到70 mW的0.67 μm激光输出.     

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%。     

利用双光学参量振荡器结构输出4.3μm激光方案

鉴于中红外激光的重要应用价值,提出了分别用2.1 μm和2.7 μm激光泵浦ZnGeO2(ZGP)光学参数振荡器(OPO),采用不同相位匹配方式输出4.3 μm的激光方案,计算并比较了匹配角、走离角、有效非线性系数、泵浦光的允许线宽、允许发散角、参量输出光的线宽以及ZGP对泵浦光的吸收系数等,确定最佳方案为利用1.06...     

中红外宽调谐连续Nd∶YVO4/PPMgLN光学参量振荡器研究

采用连续Nd∶YVO4激光器作为泵浦源,在室温下实现了PPMgLN晶体准相位匹配,获得了连续内腔光学参量振荡.获得的光参量阈值仅为3 W (808 nm);在泵浦光功率为5W、PPMgLN极化周期为31.5 μm时,获得了365 mW、2.95 μm的中红外连续激光输出和312mW、1.66 μm信号光输出,总光光转换效率达到13.3％.通过改变晶体周期,实现了2.95～4.16 μm闲频光和1.43～1.66 μm信号光的宽带可调谐输出.此连续中红外光参量振荡器结构简单紧凑,效率高,将是未来产生3～5μm中红外激光光源的重要方法之一.     

掺镱全光纤激光器研究

用自制耦合器搭建了全光纤激光振荡器,通过不同的泵浦方式对全光纤激光器进行了实验研究。实验装置中加入包层光剥离器,纤芯/包层分别为20/400 μm的有源光纤作为增益光纤。实验中未加特定的冷却装置,选用2个110 W激光二极管分别进行前向和后向泵浦,在总泵浦功率223.6 W时,前向泵浦方式中获得激光功率输出152.2 W,光-光转换效率69%;后向泵浦方式中,激光功率输出156.5 W,光-光转换效率70%。最后,进行了双向泵浦实验,泵浦光功率443.8 W时,1080 nm近单模激光功率输出311 W,光-光转换效率70%。进一步增加泵浦功率,会获得更高功率的1080nm激光输出。     

内腔式KTP OPO输出2.7μm激光实验研究

提出了一种用2.7 μm激光Ⅱ类匹配方式泵浦ZnGeP2(ZGP)OPO输出红外激光的新方案,该方案与传统方法相比具有更多优点.实验研究了内腔式KTP OPO输入2.7μm激光,最大输出能量约为2mJ,总的电光效率为0.01%,斜效率为0.03%,能量稳定度为±7%.测量了泵浦光与信号光的和频光的波长及时间波形,由此也...     

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。     

激光二极管泵浦高效Nd:YVO4激光器特性研究脉冲倍频稳频Nd:YAG环形激光器

报道了激光二极管泵浦高效Nd:YVO4激光器输出功率及波长特性的研究。基频光输出230 mW, 光-光转换效率为45%。对激光输出波长和泵浦功率的关系进行了研究, 发现激光器的输出波长随泵浦功率的平均变化率约为1.05×10 -3 nm/mW。利用KTP腔内倍频获得29.8 mW的绿光输出, 光-光转换效率为12.4%。在脉冲稳频Nd:YAG激光器的基础上, 采用辅助的长脉冲网络泵浦和短而强的主脉冲泵浦相结合, 以F-P共焦腔为参考频标, 通过同步搜索补偿稳频技术和截波技术.获得中心频率稳定、频漂小于10 MHz、脉宽100 μs、峰值功率>100 W的无尖峰结构的0.53 μm稳频绿光输出。     

中红外脉冲KTA光参量振荡器实验研究

对3~5 m中红外脉冲KTA光参量振荡器（KTA-OPO）进行了理论及实验研究,对影响转换效率的因素进行了深入分析和系统优化。采用单灯双棒、电光调Q的1.064 m Nd∶YAG激光器非共线泵浦外腔非临界相位匹配（NCPM）KTA-OPO,当重复频率1~25 Hz、泵浦能量120 mJ时,获得波长3.475 μm、单脉冲能量>17 mJ的闲频光输出,最大光光转换效率为14.3%。     

LD泵浦双棒Nd∶GdVO4激光器

为了获得可对红外成像探测器具有干扰效果的高功率、高重复频率3.8 μm中红外激光,首先通过LD侧面泵浦双棒技术和高重复频率声光调Q技术,获得高功率高重复频率1.06 μm激光,再将其作为泵浦光进行非线性差频试验,获得3.8 μm激光输出.将输出的3.8 μm中红外激光用于红外探测器的干扰试验,获得了较好的干扰效果.     

临界相位匹配砷酸钛氧钾光参量振荡器研究

为得到3~5 μm的中红外输出,对非共线泵浦砷酸钛氧钾（KTA）的临界相位匹配（θ=41.4°,φ=0°）光参量振荡器（OPO）进行了理论分析及实验研究。当以电光调Q的Nd∶YAG激光器泵浦KTA-OPO时,对应输出为3.75 μm的中红外激光,重复频率为1~25 Hz,最高输出单脉冲闲频光能量≥4.5 mJ。     

基于内腔的KTP光参量振荡器的腔型结构研究

实验通过设计合适的光参量振荡器(OPO)腔型结构,实现了内腔OPO的脉冲输出。采用电光调Q方式、闪光灯泵浦Nd∶YAG晶体实现高光束质量的1.064 μm基频光对Π类非临界相位匹配KTP晶体进行激发,产生1.57 μm人眼安全波段激光。对OPO 的输出波形、输出能量进行测量。在不同腔镜曲率半径下分别对OPO输出能量进行测量,绘制成泵浦电压与输出能量之间的关系,在反射镜曲率半径8 m时得到最大光-光转换效率为14.2%。这与软件模拟的实验结果一致。     

2．6～2．8μm KTP OPO实验研究

为了得到2.7 μm波段可调谐激光辐射,设计了信号光单谐振荡KTP光参量振荡器(OPO),给出了KTP OPO II(B)类相位匹配方式下的角度调谐曲线、有效非线性系数.KTP晶体切割角为θ=62°,ψ=0°,有效非线性系数为-2.97 pm/V.利用该KTP OPO实现了2.6～2.8 μm波段范围可调谐激光输出,用脉宽为16 ns的基模高斯光束1.064 μm激光泵浦得到了最大能量578 μJ,能量转换效率达1.7%.     

脉冲激光二极管巴条侧面泵浦Nd:YAG陶瓷瞬态热效应研究

为减弱脉冲激光二极管巴条侧面泵浦Nd:YAG陶瓷激光器热效应影响,提高谐振腔稳定性以及改善激光器性能,文中利用热传导理论对脉冲激光二极管巴条侧泵激光陶瓷产生的温升及热形变场进行了解析研究。依据脉冲激光二极管巴条侧面泵浦激光陶瓷工作状态分析,建立契合实际的热分析模型,通过热传导Poisson方程求解,得到单脉冲侧泵激光陶瓷泵浦时段与泵浦间期两个阶段温度场与热形变场的一般解析表达式。定量地分析了脉冲二极管巴条侧面泵浦Nd:YAG陶瓷三维温场分布、重复脉冲泵浦过程中温度场分布,以及不同泵浦参数对温场的影响,定量分析了达到热动态平衡时泵浦面的热形变量。计算结果表明:当泵浦光功率为60 W,重复频率为100 Hz,束腰半径为150 μm,钕离子掺杂质量分数为1.0 %时,Nd:YAG陶瓷泵浦面产生29.6 ℃的温升,泵浦面与通光面产生0.95 μm和0.99 μm的热形变量。激光陶瓷温度场解析方法解决了使用数值分析法造成研究精确度不高的问题,该方法还可以应用到激光系统的其他热问题研究中,为减弱激光系统中的热问题提供了理论依据。     

206～2．8μm KTP OPO实验研究

为了得到2.7 μm波段可调谐激光辐射,设计了信号光单谐振荡KTP光参量振荡器(OPO),给出了KTP OPO II(B)类相位匹配方式下的角度调谐曲线、有效非线性系数.KTP晶体切割角为θ=62°,ψ=0°,有效非线性系数为-2.97 pm/V.利用该KTP OPO实现了2.6～2.8 μm波段范围可调谐激光输出,用脉宽为16 ns的基模高斯光束1.064 μm激光泵浦得到了最大能量578 μJ,能量转换效率达1.7%.     

II类非临界相位匹配下近红外波段的差频产生器

报道了一个利用差频技术(DFG)产生近红外的装置。在此系统中1.064 μm半导体激光器作为信号光和0.56~0.71 μm染料激光器作为泵浦光,通过三硼酸锂晶体(LBO)在非线性相互作用下产生较高功率的可调谐近红外激光,其波长范围为1.4~2.2 μm。通过温度调谐非临界相位匹配(NCPM)技术,在II类相位匹配方式下实现差频发生器。其平均输出功率为35 mW以上。在1.6 μm近红外波段激光的转化效率可达到12.2%,具有宽调谐、窄线宽的特点,具有较为广泛的应用范围。     

激光二极管端面泵浦Tm∶YAP 2μm激光器

报道了激光二极管端面泵浦Tm∶YAP晶体,在2μm处获得连续的激光输出,在实验中选择五种不同光斑能量分布的泵浦源,最高实现20.9 W的2μm激光输出,光-光转换效率为26.1%,斜率效率为39%。通过对五种具有不同光斑能量分布泵浦源的比较,得出了光斑能量分布与光-光转换效率、最大功率输出的关系,以便在今后的实验中快速选择理想的泵浦源。     

高重频三向侧面泵浦DPL耦合系统设计

激光二极管侧面泵浦容易将大功率二极管阵列(LDA)光耦合到激光晶体中去,但耦合效率有待于进一步的提高.在已建立的二极管单bar侧面泵浦YAG晶体泵浦光场分布数值模型的基础上,进一步分析了三向侧面泵浦激光器晶体内光强的分布,并全面考虑了耦合系统相关的因素,结合实际设计出LD三向侧面泵浦耦合光学系统,最终获得了重复频率1～1 000 Hz可调,波长1.064 μm的TEMoo模的调Q窄脉冲激光输出.激光输出最大单脉冲能量为11.5 mJ,脉冲宽度为8 ns,光-光转换效率为11.7%.实验验证了该耦合系统的合理性与优越性,为高效耦合系统的进一步优化奠定了基础.