基于PPMgLN晶体低阈值宽调谐红外光参量振荡研究

对基于多周期极化掺镁铌酸锂晶体(PPMgLN) 的信号光单谐振准相位匹配光学参量振荡器(QPM-OPO)进行了实验研究.以输出波长为1.064靘的声光调Q Nd:YAG固体激光器作为基频泵浦源对周期为29～31.5靘的多周期掺镁(5mol%)铌酸锂极化光栅进行了光学参量振荡温度、周期调谐实验,光参量振荡阈值功率仅为45mW(重复频率1kHz).通过温度调谐(20～180℃)与周期调谐(29.0～31.0靘)相结合,实现了调谐范围为1445～1685nm的信号光稳定输出.     

高能强场太赫兹源与铌酸锂晶体

高能强场太赫兹（THz）源在国土安全、通信雷达、生物医疗等领域有重要的应用价值。然而，一直以来THz源的辐射输出能量小、转化效率低，阻碍了强场THz前沿科学与应用研究的发展。基于铌酸锂倾斜波前技术，飞秒激光抽运铌酸锂晶体有望实现能量更高的极端强场THz输出。从材料角度阐述了铌酸锂强场THz源产出的研究进展，总结了强场THz源对铌酸锂晶体的性能要求：均匀掺镁铌酸锂、低浓度掺镁近化学计量比铌酸锂、大口径铌酸锂晶体。最后，介绍了近年来周期极化铌酸锂和铌酸锂单晶薄膜等微纳结构的调控在THz源领域的应用研究。     

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%。     

光参变振荡器的红外光谱研究

对宽调谐周期极化掺镁铌酸锂光参变振荡器(OPO)进行了实验研究,OPO的抽运源采用的是激光二极管端面抽运的声光调QNd:YVO4激光器,其谐振腔由两个凹面镜构成了简单的线性腔,凹面镜的衬底材料选用氟化钙。通过改变周期极化掺镁铌酸锂晶体的温度(30~80℃)和极化周期(29.0~31.5μm),OPO实现了信号光波长在1450~1700 nm和闲频光波长在2849.0~3989.4 nm范围内的宽调谐输出。对OPO输出的光谱进行了测量,信号光光谱的半峰全宽均小于0.58 nm,闲频光光谱的半峰全宽小于4 nm。实验结果表明,实测的信号光与闲频光的波长调谐曲线与理论模拟结果非常吻合。     

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.     

周期极化掺镁铌酸锂晶体光参变产生研究

为了获得1.5μm波段可调谐红外光输出,采用短脉冲电场极化法,在1mm厚的掺镁(摩尔分数为0.05)铌酸锂晶体上成功制备了周期为29μm的极化光栅。利用声光调QNd:YVO4固体激光器直接抽运PPMgLN晶体,开展了OPG光学转换研究工作。在输入3W的抽运光时,得到信号光输出功率为44mW,转换效率1.5%。并通过调谐晶体温度(45℃~160℃),获得了调谐范围1.4538μm~1.4750μm的信号光输出。实现了可调谐红外光的输出,验证了晶体周期结构的均匀性。     

高掺镁铌酸锂晶体周期极化及倍频特性研究

研究了掺镁(5mol％)铌酸锂晶体的周期极化特性,发现晶体的极化矫顽场仅为3kV／mm,根据镁掺杂对晶体本征缺陷的影响解释了极化矫顽场降低的原因．采用短脉冲极化电场,对极化电流的热效应进行抑制从而消除了晶体均匀性对制备周期极化光栅的影响,在1mm厚的掺镁(5mol％)铌酸锂晶体上成功制备出了均匀的周期极化光栅．在室温下,利用1．064μm的Nd：YAG调Q激光器对得到的周期极化掺镁铌酸锂晶体进行了倍频实验,在输入功率为75mW时,得到3．5mW的532nm倍频绿光输出,转换效率为4．6％．     

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。     

基于周期极化铌酸锂晶体的高功率可调谐光参量振荡器

研究了镁掺杂周期极化铌酸锂晶体光学参量振荡(PPMgLN-OPO)产生高功率、高重复频率中红外激光的特性.采用半导体激光器(LD)抽运的声光调Q Nd:YAG激光器,1064 nm准连续激光功率最大输出为7.8 W,重复频率5～50 kHz.产生1064 nm调Q光,抽运周期为30.7 μm的掺氧化镁(摩尔分数为5%)周期性极化铌酸锂晶体,温度变化范围为40～200℃,实现了短腔双谐振红外高功率激光输出.实验中近红外激光波长调谐范围为1570～1676 nm,最高输出功率613 mW;中红外输出波长范围为2942～3300 nm,中红外光平均功率也达到了百毫瓦级,信号光单脉冲能量达40 μJ;光-光(LD-信号光)转换效率为3.4%.     

1064nm泵浦掺氧化镁周期极化铌酸锂晶体(PPMgLN)光学参量产生器的研究

本文利用二极管泵浦的声光调Q Nd:YAG激光器输出的1064nm准连续激光为泵浦源,利用掺氧化镁周期极化铌酸锂晶体(PPMgLN)为工作物质,实现了温度调谐准相位匹配参量光的输出。输出参量光功率稳定,调谐范围宽。当晶体温度从40℃到180℃变化时,输出信号光的波长调谐范围为1.567-1.673μm,相应的空闲光的调谐范围为2.923-3.315μm。当输入1064nm平均功率为1.017W时,输出信号光功率为185mW,相应的空闲光功率为106mW,总功率为291mW。     

A Method of Calibration of Terahertz Wave Brightness Under Nonlinear-Optical Detection

A new method is proposed for calibration of the terahertz wave spectral brightness. The method is based on the use of quantum and thermal field fluctuations as intrinsic references under nonlinear-optical detection. Both effective brightness of the thermal fluctuations and temperature of the laser-pumped nonlinear-optical crystal can be measured absolutely within the calibration procedure also. It is shown that the accuracy of the terahertz wave brightness calibration is strongly dependent on the value of the terahertz wave losses in the nonlinear-optical crystal. The scheme of quasi-phase matched terahertz wave detection in periodically poled lithium niobate is considered. Dispersion of the absorption coefficient in the terahertz frequency range is measured by a three-frequency interference method under spontaneous parametric down-conversion for nominally pure and Mg-doped lithium niobate crystals. The influence of the terahertz radiation losses in Mg-doped lithium niobate crystals is estimated.     

准相位匹配PPMgLN光参量振荡技术

理论上分析了掺MgO的周期极化LiNbO_3(PPMgLN)晶体准相位匹配光参量振荡(QPM-OPO)波长的调谐特性,计算了抽运阈值和转换效率。采用高斯光束抽运,当抽运功率密度为阈值抽运功率密度约6.5倍时,可以获得约71%的转换效率。而相位匹配情况下,平面波抽运功率密度为阈值(π/2)~2倍时,转换效率可达到100%。1064 nm激光抽运PPMgLN晶体(MgO摩尔分数5%),单谐振光参量振荡技术采用e→e e相位匹配,利用PPMgLN晶体的最大非线性系数d_(33)(27.4 pm/V),采用周期调谐方式,实验上获得了中红外波长调谐范围2.7～4.8μm,当抽运功率为23 W,频率为7 kHz时,在波长3.7μm处激光输出功率超过3.2 W,斜率效率超过18%,对应闲频光波长1.49μm输出功率约8 W,相当于转换斜率效率约为63%。实验结果与理论分析基本一致。     

磁场对周期性极化铌酸锂晶体中产生的窄带太赫兹波的控制研究

本文 利用飞秒激光作用于光折变周期性极化铌酸锂(PPLN)晶体和掺 镁(Mg)的PPLN(PP-Mg:LN)晶体通过光整流效应产生窄带太赫兹(THz) 辐射,通过外加磁场的 办法对THz脉冲串的振幅和寿命进行有效控制。随着外加磁场的增强,在光折变PPLN晶体中 产生的THz 波的振幅和寿命都随之减小;当外加磁场足够强时,光折变PPLN晶体中产生的THz波将完 全被抑制。外 加磁场之所以能够对THz波的振幅和寿命进行有效控制,主要是由于洛伦兹力的作用使光折 变晶体内部产生了空间电荷场。     

PPSLT皮秒中波红外光参量发生器

3~5 m 中红外激光在光电对抗领域有着重要的应用前景。如果中红外激光进入皮秒量级,将使其具有更高的峰值功率和作战效能。文中采用1.06 m 皮秒激光器泵浦单周期极化化学计量比钽酸锂晶体（周期为29.5 m）光参量产生器的方案,来获得皮秒中红外激光输出。其中皮秒泵浦源为自制的侧面泵浦结构1.06 m 皮秒再生放大器。该激光器在1 kHz 重复频率下,输出功率最高为2.02W,脉冲宽度为13.6 ps。光参量发生器采用温度调谐方式,获得了3.98~3.68 m（晶体从40~200℃）皮秒中波红外可调谐激光输出。在最高泵浦功率泵浦,晶体温度为120℃时,获得最大中红外激光输出（闲频光）190 mW,光光转换效率达9.4%,充分验证了采用OPG 的方式获得瓦级皮秒中红外激光输出的可行性。     

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。     

Compact Tunable Narrowband Terahertz-Wave Source Based on Difference Frequency Generation Pumped by Dual Fiber Lasers in MgO:LiNbO<Subscript>3</Subscript>

We demonstrate a high-average-power, single longitudinal-mode, and tunable terahertz (THz)-wave source based on difference frequency generation (DFG) in a MgO:LiNbO₃ (MgO:LN) crystal. The waves for DFG are generated using a pair of Yb-doped pulsed fiber lasers with a master oscillator power fiber amplifier configuration. The average power of the THz-wave output reaches 450 μW at 1.07 THz (280 μm) at a linewidth of 7.2 GHz, and the tunability ranges from 0.35 to 1.07 THz under the pulse repetition frequency of 500 kHz. A short burn-in test of the THz wave is also carried out, and the output power stability is within ± 5% of the averaged power without any active stabilizing technique. The combination of MgO:LN-DFG and stable and robust fiber laser sources is highly promising for the development of high-average-power THz-wave sources, particularly in the high transmission sub-THz region. This approach may enable new applications of THz-wave spectroscopy in imaging and remote sensing.     

Mode overlap analyses of propagated waves in direct bonded PPMgLN ridge waveguide

Direct bonded periodically poled MgO doped lithium niobate (PPMgLN) ridge waveguide is a new wavelength converter with high conversion efficiency.The optical field distribution of the ridge waveguide is simulated by employing finite-difference method (FDM),the mode overlap of propagated waves in the ridge waveguide is calculated and the relationship between the overlap coefficient and the waveguide structure sizes is also investigated.The overlap coefficient to difference frequency generation (DFG) process conversion efficiency calculation is firstly introduced.     

基于PPLN的中红外连续光学参变振荡器研究进展

基于周期性极化铌酸锂(PPLN)晶体和准相位匹配的连续波光学参变振荡器可以在3μm~5μm中红外波段产生连续可调谐相干辐射,在大气环境污染监测、遥感、激光雷达、光谱分析以及军事红外对抗等领域具有很高的应用价值。介绍了基于PPLN晶体的中红外连续波光参变振荡器近年来在高功率、低抽运阈值、宽调谐、窄线宽等方面的研究进展,并对基于PPLN晶体的连续波光学参变振荡器的优势特点及其涉及的一些技术方法展开讨论。目前基于PPLN的中红外连续光学参变振荡器的研究主要集中在上述4个领域,随着抽运光源性能及非线性晶体制备水平不断提高,将向着更高功率、更低阈值、更宽调谐范围、更窄线宽的方向迈进。     

铁电晶体铌酸钾锂的倍频性能研究

用cw-Ti:sapphire激光对不同组成的熔体中生长得到的铌酸钾锂晶体进行了倍频性能研究。实验结果表明,只有当晶体中Li离子含量达到一定值时,铌酸钾锂晶体才具有非线性光学效应;晶体中Li离子含量越高,倍频性能越好,Li2O浓度为26mol％的熔体中生长得到的铌酸钾锂晶体的倍频实验的结果表明,该晶体能对820－960nm的近红外cw-Ti:sapphire激光倍频实现蓝绿光输出,具有较好的倍频性能。