2 μm Tm,Ho:YLF激光抽运ZnGeP2光参量振荡技术研究

ZnGeP2晶体具有宽的透明范围(0.7～12 μm),较大的非线性系数(d36=75 pm/V),最高损伤阈值能量密度为10 J/em2,较高的热导率(0.18 W/(m·K)),因而非常适合作为高功率中红外光参量振荡器(OPO)晶体.理论上分析了ZnGeP2光参量振荡器相位匹配特性,实现3～5 μm连续调谐范围输出的Ⅰ类相位匹配角在52.5～55.2°之间.实验上,以15 W光纤耦合激光二极管(LD)抽运的2.05 μm高重复频率声光调Q Tm,Ho:YLF激光器作为抽运源,其最大平均功率4 W,脉冲宽度小于40 ns,脉冲重复频率100 Hz～10 kHz可调.为降低准三能级系统激光器阈值,提高激光脉冲能量抽取效率,Tm,Ho:YLF晶体采用液氮制冷方式,工作在77 K温度条件下.非线性频率转换晶体ZnGeP2长15 mm,55.7°切割,光参量振荡器谐振腔为平平腔,腔长约20 mm.在3.6 W的抽运功率下,脉冲重复频率10 kHz,实现了4.1 μm附近中红外激光输出,参量光脉冲宽度为20 ns,平均输出功率为0.7 W,光-光转换效率为20%,抽运光阈值功率为0.65 W.     

2μmTm,Ho∶YLF激光抽运ZnGeP_2光参量振荡技术研究

ZnGeP2晶体具有宽的透明范围(0.7～12μm),较大的非线性系数(d36=75pm/V),最高损伤阈值能量密 度为10J/cm2,较高的热导率(0.18W/(m·K)),因而非常适合作为高功率中红外光参量振荡器(OPO)晶体。理 论上分析了ZnGeP2光参量振荡器相位匹配特性,实现3～5μm连续调谐范围输出的Ⅰ类相位匹配角在52.5～ 55.2°之间。实验上,以15W光纤耦合激光二极管(LD)抽运的2.05μm高重复频率声光调QTm,Ho∶YLF激光 器作为抽运源,其最大平均功率4W,脉冲宽度小于40ns,脉冲重复频率100Hz～10kHz可调。为降低准三能级 系统激光器阈值,提高激光脉冲能量抽取效率,Tm,Ho∶YLF晶体采用液氮制冷方式,工作在77K温度条件下。 非线性频率转换晶体ZnGeP2长15mm,55.7°切割,光参量振荡器谐振腔为平平腔,腔长约20mm。在3.6W的抽 运功率下,脉冲重复频率10kHz,实现了4.1μm附近中红外激光输出,参量光脉冲宽度为20ns,平均输出功率为 0.7W,光 光转换效率为20%,抽运光阈值功率为0.65W。     

11.8 W高效率掺氧化镁的周期极化铌酸锂晶体光参量振荡2.7 μm激光器

报道了采用1064 nm激光椭圆光斑抽运掺氧化镁的周期极化铌酸锂(PPMgLN)晶体准相位匹配(QPM)技术实现2.7 μm激光输出的实验结果.理论计算了PPMgLN晶体准相位匹配周期调谐曲线,得出PPMgLN晶体周期为31.3 μm时可获得中红外波长2.7 μm激光输出.PPMgLN晶体(MgO掺杂摩尔分数为5%)单谐振光参量振荡(OPO)技术采用e→e+e相位匹配,消除了光束之间的走离效应和利用了PPMgLN晶体的最大非线性系数d33(27.4 pm/V).在1064 nm激光抽运功率78 W,声光Q开关工作频率8 kHZ的条件下,获得了平均功率11.8 W,波长2.72 μm的激光输出,斜率效率19.5%,对应闲频波长1.75 μm激光输出功率约24 W.2.7 μm激光水平方向和垂直方向光束质量M2因子分别为2.04和5.56.     

46 W腔内光参量振荡高重复频率2 μm激光器

报道了采用1064 nm激光抽运KTP晶体内腔光参量振荡(OPO)技术实现高重复频率、高效率2 μm激光输出的实验结果.理论计算了KTP OPO双谐振抽运阈值,提出了内腔KTP OPO设计思路.激光器采用两块相同的KTP晶体光轴相向放置以补偿走离效应,KTP晶体按φ=0°,θ=53°切割以获得近简并波长2.128 μm激光输出.在808 nm激光二极管抽运功率为470 W,声光Q开关工作频率为7.5 kHz的条件下,获得平均功率46.5 W,波长2.128 μm激光输出,光-光转换效率为9.89%,斜率效率为14.5%,光束质量M2<2.8.     

高功率中红外宽调谐全固态周期性极化铌酸锂光参量振荡器

中红外宽调谐激光器在激光光谱、拉曼光谱和大气污染探测、环保检测等领域有很多应用。目前主要采用光参量振荡 (OPO)输出中红外激光。本实验采用主动调Q的全固态Nd∶YVO4 激光器 ,输出波长为 1 0 6 4nm的准连续激光抽运周期性极化铌酸锂 (PPLN)晶体 ,实现OPO中红外激光输出。激光波长调谐范围为 2 90～ 4 0 5 μm ,最高输出功率为 2 76mW ,实验中同时输出波长范围为 1 4 4～1 6 6 μm的近红外激光。实验装置采用外腔OPO(见图 1 ) ,其抽运光源为LD抽运的Nd∶YVO4 激光器 ,输出重复频率为1 6 2kHz ,脉宽为 2 0 5ns ,平均功…     

连续波可调谐内腔光学参量振荡器及橙红光源

报道了利用半导体激光器(LD)端面抽运的钒酸钇(Nd∶YVO4)激光器作为抽运源,多周期周期极化铌酸锂(PPLN)为非线性晶体的连续波内腔光学参量振荡器(OPO)及基于此的连续波可调谐橙红光光源。为实现OPO的连续波运转,采用了内腔抽运方式,并对谐振腔进行了合理设计。实验得到调谐范围1406~1513 nm的信号光及3.66~4.1μm的中红外闲频光连续波输出,在10.9 W的LD功率下,最大输出功率分别为输出波长1500 nm处的820 mW和3.86μm处的195 mW,相对LD功率的转换效率分别为7.5%和1.8%。利用BaB2O4(BBO)晶体对OPO的1064 nm抽运光和1.4~1.5μm信号光进行内腔和频,获得了调谐范围606~624 nm的橙红波段连续波输出,最大输出功率为624 nm处的120 mW,转换效率为1.1%。     

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。     

1064 nm激光抽运PPMgLN光参量振荡高效率2.7 μm激光器

报道了采用1064 nm激光抽运PPMgLN晶体准相位匹配(QPM)技术实现高效率2.7μm激光输出的实验结果,理论计算了PPMgLN晶体准相位匹配周期调谐曲线,得出PPMgLN品体周期为31.3μm时可获得中红外波长2.7μm激光输出.PPMgLN晶体(MgO掺杂摩尔分数为5%)单谐振光参量振荡(OPO)技术采用e→e+e相位匹配.消除了光束之间的走离效应并利用了PPMgLN晶体的最大非线性系数d33(27.4 pm/V).在1064 nm激光抽运功率为26 W,声光Q开关工作频率为7 kHz的条件下,获得平均功率为4.7 W,波长为2.72μm激光输出,斜率效率超过21%,对应闲频光波长1.75μm激光输出功率约9 W.2.7μm激光水平方向和垂商方向光束质量M2因子分别为2.05和1.84.     

双晶体双向非共线抽运BBO光参量振荡器

演示了利用一套光学元件对BBO光参量振荡器 (OPO)进行宽带调谐的结构 ,即双晶体走离补偿、双向非共线抽运。谐振腔中 90 %高耦合输出镜同时起到滤除抽运光和反向抽运的作用 ,无需更换腔片可实现信号光 0 4 3～ 0 6 3μm和闲频光 0 8～ 2 0 μm调谐输出 ,最高能量输出 4 1mJ,相应的转换效率 5 0 %。     

2.09μm纳秒钬激光抽运的磷锗锌光参量振荡器

高脉冲能量中红外激光在远程大气探测和目标识别中有着重要的应用,为了获得高脉冲能量的中红外激光输出,选用自主生长的ZnGeP2(ZGP)晶体作为中红外参量非线性晶体,晶体采用Ⅰ型相位匹配,切割角度为55°,利用自行研制的2.09μm La3Ga5SiO14(LGS)电光调QCr,Tm,Ho…YAG激光器作为ZGP光参量振荡器(OPO)的抽运源。光参量振荡器采用对抽运光具有反射的双程抽运结构以提高转换效率,采用脉宽约35ns的2.09μm调Q钬激光直接抽运ZGP-OPO,在单谐振振荡结构下获得了脉冲能量为5.9mJ的4.8μm中红外激光输出,光-光转换效率为13.1%,斜率效率为17%;在双谐振振荡结构下获得了脉冲能量为9mJ的3.7μm和4.8μm中红外激光输出,光-光转换效率为23.9%,斜率效率为26.7%。     

基于LBO的高功率飞秒绿光抽运的光学参量振荡器

三硼酸锂(LBO)具有良好的非线性光学特性和极其稳定的物化性能,其色散量对晶体温度变化敏感,是可实现非临界相位匹配的优良的非线性光学晶体。报道了高功率绿光飞秒激光同步抽运以三硼酸锂(LBO)为非线性晶体的单共振光学参量振荡器(OPO)。抽运源为高平均功率大模场面积掺镱光子晶体光纤飞秒激光器放大级的输出飞秒光的锁模倍频激光,通过调节晶体温度,采用非临界相位匹配方式,获得了红光至近红外光可调谐的高功率飞秒激光,OPO的信号光调谐范围为670~880nm,相应闲频光在2320~1270nm范围内可调。在3.4W抽运功率下,中心波长为694nm的信号光输出获得最高平均功率为660mW,脉冲宽度为132fs,转换效率为19.4%。     

单频光纤激光器抽运的中红外连续单谐振光学参变振荡器

报道了采用自行研制的全光纤主振荡功率放大(MOPA)结构1064nm单频Yb光纤激光器抽运掺氧化镁的周期性极化铌酸锂(PPMgLN)晶体实现3.81μm输出的中红外连续波(cw)单谐振光学参变振荡器(OPO)。单谐振OPO通过e→e+e相位匹配,基于50mm长,28.5～31.5μm多周期的PPMgLN晶体(MgO掺杂摩尔分数为5%),选用其中29.5μm的周期,采用了两镜线性腔结构。在30℃的工作温度下,通过49 W的线偏振激光抽运,获得了最大功率4.25W,波长为3.81μm的闲频光输出,抽运阈值为5W,其对应量子转换效率为31.1%。实验还通过改变PPMgLN晶体的工作温度21℃～170℃,获得了中红外波长3.65～3.82μm激光输出,测量了相应OPO的输出光谱。通过对比实验所测得中红外光输出波长与两组不同的理论计算结果,发现当晶体工作温度大于110℃后,实验测量结果与理论计算结果有一定的偏差,这和实验中晶体在高温区控温精度有一定的关系。     

3～5μm固体激光器

概述了中红外激光器的应用背景,介绍了国外研究现状及发展趋势,提出了用固体办法实现中红外激光有效输出的技术途径和方案,对固体中红外激光输出所需要的2 μm激光泵浦源技术进行了探讨和方案比较,最终选用了OPO技术间接获得2μm激光的方案.以二极管泵浦1.06 μm激光为泵浦源,采用双谐振腔内KTP OPO的方式,进行了激光实验,实现了功率23.9 W的2 μm波长激光输出.在此2μm激光泵浦源基础上,提出了实现室温运转的中红外固体激光ZnGeP2 OPO的技术方案并进行了实验,最终成功实现中红外激光输出,在约5 kHz时,中红外激光输出功率4.09 W.     

11.2W中红外3.8μm激光器

报道了采用1064nm激光抽运PPMgLN晶体准相位匹配技术实现3.8μm激光输出的实验结果。抽运源为二极管激光连续抽运Nd:YAG晶体声光调Q1μm激光器,PPMgLN晶体(MgO掺杂浓度5mol%)单谐振光参量振荡技术采用e→e+e相位匹配,消除了光束之间的走离效应,利用了PPMgLN晶体的最大非线性系数d33(27.4pm/V)。在1064nm激光抽运功率94W,声光Q开关工作频率8kHz的条件下,获得了平均功率11.2W,波长3.84μm激光输出,光-光转换斜率效率14.5%,对应闲频波长1.47μm激光输出功率约28W。3.8μm激光水平方向和垂直方向光束质量M2因子分别为2.01和5.78。     

能产生可调谐和自倍频的YCOB激光晶体

佛罗里达奥兰多光学和激光研究教育中心(CREOL)的研究人员已发展一种会很好朝着实用化方向发展的新型激光基质晶体 :含氧硼酸钇钙(YCa4B3 O1 0 或 YCOB)。视掺杂物的不同 ,YCOB显示宽的可调谐性或自倍频 ,两者都在近红外区。当掺杂物为钕 (Nd)和用 81 2 nm波长二极管激光抽运时 ,所形成的 Nd∶YCOB激光器在 1 0 60 nm基波长发射 ,当吸收 90 0 m W抽运功率时 ,输出功率超过 340 m W,在更高抽运功率时 ,激光器发射 1 .3W功率。另外 ,由于 Nd∶ YCOB是一种非线性晶体 ,当在高于 1 0 0 m W阈值水平抽运时 ,该激光器发生自倍频 ,产…     

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%.     

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%.     

掺镱脉冲光纤激光器抽运的高功率PPMgLN光参变振荡器

报道了研制主振-放大（MOPA）结构的高功率保偏掺镱脉冲光纤激光器并用其抽运光参变振荡器（OPO）的研究工作。掺镱脉冲光纤激光器以声光调Q的Nd∶YVO4激光器作为种子源, Liekki的大直径双包层保偏光纤作为放大介质, 得到接近基模的1064 nm波长激光输出, 最大线偏振输出功率17 W, 偏振消光比优于10 dB, 重复频率50 kHz, 脉冲宽度60 ns。利用该光纤激光作为抽运光, 抽运基于周期性畴极化反转掺镁铌酸锂（PPMgLN）晶体的宽带可调谐OPO, 实现了高效参量转换。在信号光1518 nm通道, 以16.2 W功率抽运, 获得最大参变输出功率9 W, 其中3.5 μm波长功率为2.4 W。OPO的能量转换效率为58%, 斜效率为68％。在信号光1491 nm通道, 以14 W功率抽运, 获得最大参变输出6.6 W, 其中3.7 μm波长功率超过2 W。     

激光二极管双端抽运Tm:YLF 1.9 μm激光器

报道了一种激光二极管(LD)双末端抽运Tm:YLF激光器,在1.9 μm处获得了连续波(CW)输出。1.9 μm激光可用于抽运Ho晶体获得2 μm激光。在理论上,分析了掺Tm3+激光器的运转机制和能量转换损耗,计算出Tm:YLF激光器在理论上的斜率效率达到50%。在实验上,抽运源使用工作波长为792 nm的光纤耦合激光二极管,抽运光均分为两束双端抽运Tm:YLF晶体,两块晶体串接在折叠腔内。Tm:YLF 晶体的掺杂原子数分数为4%, 尺寸为3 mm×3 mm×12 mm。测量了输出镜在不同透射率情况下激光器的输出激光波长,当输出镜透射率T=26%时,在1.9μm处获得20.1 W的连续波激光输出,相应的抽运功率为75 W,阈值抽运功率为9 W,斜率效率为34%,光-光转换效率为27%。     

掺铒光纤激光直接抽运光参量振荡器

南安普敦光电子研究中心首次用 1 .55μm掺铒光纤激光直接抽运光参量振荡器。光参量振荡器采用周期极化铌酸锂 (PPLN)作非线性介质。铒光纤具有 60 0μm2 有效纤芯截面 ,但因对稀土掺杂物进行了精确控制 ,可作单模操作 ,产生高脉冲能量。激光器以声光布拉格光栅 Q开关控制。周期极化铌酸锂晶体有 5个平行的 32 .4～ 33.2 μm衍射光栅 ,它足够结实 ,即使在低温下也不会有光反射损耗。以1 0 0 μJ、60 ns脉冲在 1 .55μm抽运光参量振荡器时 ,产生 8μJ、3.8μm闲频脉冲 ,脉冲重复率 50 0Hz,晶体的温度调节分别产生信号及 2 .55～ 2 .7μm…