高转换效率的中红外BaGa_(4)Se_(7)光参量振荡器(特邀)EI北大核心CSCD

为抑制光参量振荡器(Optical Parametric Oscillator,OPO)振荡过程中信号光和闲频光向泵浦光的逆转换,首次采用在L型OPO腔的支路中插入信号光倍频晶体LiB_(3)O_(5)的(简称LBO)的方式,实现了BaGa_(4)Se_(7)(BGSe)OPO闲频光的高转换效率输出,当泵浦激光(1.06μm)能量为115 mJ时,闲频光(3.5μm)能量为16.18 mJ,光光转换效率为14.06%,斜效率为18.4%,这是目前已知1.06μm激光泵浦BGSe OPO最高的转换效率。模拟了不同泵浦能量下L型腔中有无LBO晶体时BGSe OPO腔内的三波波形,并给出了闲频光在实验中的输出波形。与传统OPO腔相比,所提出的L型OPO腔(含倍频晶体)在大能量泵浦条件下抑制了逆转换,可获得更高的闲频光转换效率。     

信号光脉冲比抽运光窄12倍的内腔式KTP光参量振荡器

在闪光灯抽运的非稳腔Nd∶YAG被动调Q激光器腔内,放置非临界相位匹配KTP晶体,构成内腔式单谐振KTP光参量振荡器(OPO)。研究了输出信号光的波长调谐性能,获得1.57~1.60μm可调谐激光脉冲。实验结果表明,1.57μm信号光的输出能量随着光参量振荡器腔长的增加而减少,脉冲宽度随着腔长的增加而有所变化;抽运能量较大时,转换效率随着抽运能量的增加趋于饱和然后逐渐下降;对此给予了合理的理论解释。当光参量振荡器的腔长为5 cm,1.06μm抽运光脉冲宽度为30 ns时,输出的1.57μm信号光的脉冲宽度为2.5 ns,能量为21.3 mJ。1.57μm信号光的脉冲宽度仅为1.06μm抽运光脉冲的1/12,总的电光能量转换效率为0.128%。     

种子注入双共振PPMgLN光参量振荡器

报道了一种种子注入式PPMgLN外腔双共振环形腔光参量振荡器。抽运光偏振方向在PPMgLN晶体(MgO物质的量分数为5%)内满足e→e+e相位匹配,有效利用了晶体的最大非线性系数d33(25pm·V-1)。以重复频率为400Hz、功率为556mW、波长为1064nm的单频脉冲激光作为抽运源,在晶体极化周期为30.5μm、温度为110℃的条件下,获得了平均功率为79mW的1.57μm信号光和平均功率为38.5mW的3.3μm空闲光输出,抽运光-参量光的总转换效率可达22%。采用种子激光注入技术获得了单频窄线宽参量光输出,实验测得1.57μm信号光输出的线宽小于100 MHz,10min内频率漂移不超过141 MHz。     

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。     

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.     

走离补偿结构的纳秒脉冲光参量振荡器

采用光参量振荡器(OPO)作为差分吸收(IPDA)雷达发射器实现对大气中CO2浓度的主动探测是目前研究的热点,针对双晶体走离补偿结构的纳秒脉冲KTA光参量振荡器进行了详细的研究。将单频脉冲激光器作为泵浦源,采用环形OPO谐振腔设计,两块临界切割KTA晶体走离补偿放置,实现了脉冲重复频率为100 Hz,脉冲宽度为6.8 ns,单脉冲能量为1.43 mJ的1.57μm激光输出,泵浦光-信号光能量转换效率为13.1%,同时对信号光输出功率、光谱的稳定性进行了测量。为实现双波长OPO运转,提出并测量种子注入接收带宽,为下一步的种子注入实验提供设计依据。实验结果表明:稳定环形腔结构的纳秒OPO能够满足IPDA发射器的需要。     

外腔全固态连续波PPMgLN光学参量振荡器与受激拉曼散射

利用1064nm波长的全固态连续Nd:YVO4激光器作为抽运源,采用周期调谐技术,对PPMgLN晶体准相位匹配的全固态连续波光学参量振荡器(CW OPO)宽波段连续调谐输出特性和伴随输出的受激拉曼(Raman)散射进行研究。实验在多周期PPMgLN晶体的基础上,采用连续工作模式、单谐振和外腔结构。实验结果表明,全固态CW OPO实现了信号光在1435.9～1670.2nm近红外波段和闲频光在4185.0～2970.4nm中红外波段连续调谐输出;在30.5μm周期处,抽运功率达到11.79W时,获得最大总输出功率4.29W,光光转换效率达到36.4%;在28.5、30.0、30.5μm处同时有受激Raman散射光伴随输出;增加Raman散射的损耗,可以提高CW OPO闲频光的输出功率,在3451nm处获得最大输出功率1.98 W,光光转换效率达到16.8%。实现了外腔式全固态CWPPMgLN OPO在信号光和闲频光波段的高功率连续调谐输出,伴随输出的Raman散射对CW OPO的闲频光有重要影响。     

基于内腔的调Q锁模光参量振荡器的研究

为了实现内腔型光参量振荡器（OPO）的调Q锁模脉冲输出,通过设计并匹配OPO谐振腔和基频激光腔的腔长,满足了同步泵浦条件,最终在实验上得到了信号光的调Q锁模输出;在实验中,采用氙灯泵浦Nd:YAG作为基频激光,以KTP晶体为非线性转换介质,采用电光开关作为调Q手段,测量了OPO的近红外信号光的输出波形、输出能量、光谱构成等输出特性。在泵浦能量12.8 J、调制频率20 kHz时,得到了锁模深度为100%的信号光输出,并发现信号光锁模脉冲重复率依赖于基频激光;得到了调Q锁模信号光输出能量随泵浦能量、电光调制频率的变化关系。     

光参量振荡器阈值的研究

为获得光参量振荡器（OPO）的高效率运转,尤其是在小功率泵浦的情况下,降低它的阈值成为研究的重要内容。通过分析影响OPO阈值的因素,得到了通过以下手段来降低阈值的方法：选择有效非线性系数大的晶体,选择满足走离条件下较长的晶体,增大泵浦光与信号光模式匹配因子,双程泵浦,短的OPO的腔长和泵浦光脉冲,降低信号光在腔内往返损耗,选择合适的输出镜强度反射率等。并重点对影响阈值因素中的泵浦光与信号光模式匹配因子进行了研究,得到了双凹腔结构腔内任意位置的模式匹配计算的一般方法,当腔镜曲率半径趋于无穷时,该结果可以过渡到平平腔或平凹腔的特殊结构,并在实验上实现了小功率腔内OPO的运转。     

绿光泵浦的黄光波段可调谐窄线宽光学参量振荡器

为实现波长可调谐的窄线宽黄光波段激光输出,设计搭建了以倍频声光调Q Nd:YAG激光器的532 nm脉冲绿光输出为泵浦源、以II类相位匹配磷酸钛氧钾（KTP）晶体为非线性介质的折叠腔光学参量振荡器（OPO）。首先产生腔内振荡的近红外可调谐闲频光,在此基础上基于LBO晶体I类非临界相位匹配方式对OPO的闲频光进行内腔倍频,得到波长调谐范围587.2~595.2 nm的黄光波段输出。为改善OPO光谱特性,在OPO闲频光谐振腔内插入熔融石英标准具,有效压缩了OPO输出黄光的光谱线宽。绿光泵浦源脉冲重复频率10 kHz、平均功率24.0 W下在波长591.2 nm处获得了最高黄光输出功率2.89 W,光束质量因子M2=3.4,从532 nm泵浦光到黄光输出的转换效率为12.0%,脉冲宽度37 ns,对应峰值功率7.8 kW。此时黄光光谱半高全宽为0.15 nm,相比未在OPO腔内插入标准具自由运转状态下的光谱得到明显改善。     

可见波段BBO晶体光参量振荡器

本文给出了角度调谐BBO晶体光参量振荡器(OPO)的实验结果。采用ns的Nd:YAG激光的三次谐波355nm作为泵浦源。在λ=650nm处,得到信号波的转换效率为26.6％,连续可调谐输出范围为480～720nm。     

2.05μm单谐振纳秒脉冲光参量振荡器特性研究

报道了1064nm单频激光抽运的KTP晶体外腔单谐振光参量振荡器(OPO),获得了波长为2.05μm的纳秒激光脉冲输出。在平-平腔中,将2块II类相位匹配KTP晶体按走离补偿方式放置,在400 Hz重复频率下,抽运单脉冲能量达到5mJ时获得了单脉冲能量为0.9mJ的2.05μm信号光输出,其脉宽约为3.7ns,对应抽运光-信号光转换效率约为18%,光束质量因子M~2在x、y方向分别为2.08、3.03。     

1064nm泵浦温度调谐PPLN光学参量振荡器

对脉冲泵浦的温度可调准相位匹配(QPM)光学参量振荡器(OPO)进行了研究.LD泵浦的声光调Q Nd:YAG激光器输出的1064nm脉冲激光做泵浦源,极化周期为30.7μm的单周期PPLN做光学参量振荡器的参量晶体,通过控制参量晶体的温度可以得到信号光的波长调谐输出.在LD电流17A得到信号光的平均功率最大为230mW,转化效率达13%.     

利用MgO-PPLN实现同步泵浦的飞秒光参量振荡器

介绍了由锁模钛宝石激光器同步泵浦的飞秒光参量振荡器,所用的非线性晶体为掺氧化镁的周期极化铌酸锂晶体(MgO-PPLN).通过改变泵浦光的中心波长和OPO腔长,信号光的调谐范围为1.1～1.3μm.当泵浦激光的功率为900 mW时,在1 225 nm处获得最大的输出信号光功率为130 mW,对应着22.1%的光子转换效率.利用强度自相关的方法测得信号光的脉冲宽度为167 fs.     

角锥棱镜腔Cr4+:YAG被动调Q内腔式光参量振荡器

通过对角锥棱镜腔实现KTPⅡ类非临界相位匹配光参量振荡的理论分析,发现腔内存在特殊偏振方位角的本征模式,其满足Ⅱ类非临界相位匹配条件。实验上不但实现了该腔的Cr4 ∶YAG被动调Q内腔式光参量振荡器(OPO)运转,而且得到了优于平-平腔的转换效率,改善了信号光的稳定性。分析了Cr4 ∶YAG初始透过率和腔内功率密度的关系,实验获得不同Cr4 ∶YAG初始透过率、抽运能量和信号光能量的关系曲线。通过腔内功率密度的优化,电光效率高达0.25%,设计出结构紧凑、小型高效的工程实用光参量振荡器器件,抽运能量阈值为4.7 J,输出能量为11.8 mJ,脉宽为6.9 ns,发散角为7 mrad,能量稳定性为5%。     

温度调谐的MgO∶LiNbO3 光学参量振荡器

采用电光调Q Nd∶YAG经KTP晶体倍频得到0.532μm的激光,泵浦非临界相位匹配的MgO∶LiNbO3晶体。当光学参量振荡器(OPO)的输出镜采用对剩余泵浦光高反的腔镜时,泵浦阈值有明显的降低,转换效率提高了2个百分点。     

高效大功率全固态1.5 μm腔内光参量振荡器

基于KTA和KTP非线性光学晶体,在全固态大功率1.5μm光参量振荡(OPO)方面做了相关的实验研究,将激光二极管(LD)侧面抽运Nd:YAG 1064 nm高功率激光模块应用于腔内KTA-OPO设计中,获得了高效稳定的光参量输出.当重复频率为18 kHz时,1.53 μm信号光功率和脉宽分别为13 W和5.46 ns,3.4μm休闲光输出功率为3 W.作为比较,对基于KTP晶体的腔内光参量振荡特性也进行了实验研究.结果发现,由于KTA晶体在3.4μm波段的吸收相对KTP晶体来说可以忽略,热效应的影响大为降低,可获得比KTP-OPO更高的输出功率和转换效率.     

中红外高能量输出复合腔抽运光参

报道了采用复合腔技术研究Nd∶YAG
激光抽运LiNbO3 晶体光参量振荡器(OPO)的实验研究结果.得到OPO输出单脉冲平均能量56.4mJ,闲频光(3097nm)脉冲平均能量
22.8mJ, 脉宽8ns,抽运光转换成参量光输出效率46%(重频1Hz～10Hz).测得角度调谐的波长范围是:信频光1479nm～1621nm,闲频光3097nm～3793nm.     

BBO光参量振荡器压窄线宽实验研究

本文对0.532μm泵浦BBO光参量振荡器进行了线宽压窄的实验研究,在简并点处获得小于0.1nm的输出线宽,参量转换效率达12%。     

4～5μm全固化可调谐激光实验研究

报道了采用KTP晶体和LiIO3晶体实现4~5μm可调谐激光输出的光参量振荡器(OPO)至差频产生器(DFG)的全固化结构和相应的实验结果。其中光参量振荡器的抽运源为倍频Nd∶YAG激光,差频产生器的抽运源分别是上述光参量振荡器激光和Nd∶YAG基频激光经KTP倍频晶体后剩余的1.064μm激光。实验中Nd∶YAG基频脉冲激光脉宽12 ns,单脉冲能量300 mJ。观察到最大倍频效率达到66.7%,KTP参量量子转换效率达到50%,差频量子转换效率为1.5%,在4.45μm得到了单脉冲100μJ的激光输出。差频光的调谐范围为4.1~4.5μm,发散角为垂直方向12 mrad,水平方向4 mrad。