激光差频技术实现高平均功率3.8 μm纳秒中波红外激光输出实验研究

报道了利用脉冲激光差频技术获得波段在3.8μm纳秒中波红外激光输出的实验研究。分别研制了基于增益调制半导体激光器和"8字腔"锁模掺Yb光纤激光器的1094 nm纳秒脉冲激光种子,经光纤激光放大后获得平均功率为40 W的高光束质量线偏振泵浦光。研制了脉冲同步的1535 nm的信号光种子及输出平均功率为3 W的掺Er光纤激光放大器。将放大后的1535 nm线偏振信号光与1094 nm泵浦光共线入射到作为非线性晶体的周期性畴极化反转掺镁铌酸锂(PPMgLN)晶体中,利用激光差频技术实现了平均功率为5 W的3.8μm纳秒脉冲激光输出。     

小型化宽调谐光纤型DFG中红外激光源的研制

研制了一种小型化宽调谐光纤型DFG/QPM中红外光源。该光源的基频光采用分段调谐的方案,以3个不同工作波段的YDFL作为泵浦源,3个不同工作波段的EDFL作为信号源,并通过光开关实现各波段间的快速切换。研制了DFG中红外光源样机,其尺寸为440×290×500mm3,测试结果表明,泵浦/信号光可在1050~1110nm和1535～1600nm范围内宽带连续调谐,经差频过程最终中红外激光实现3054.5~4009.1nm波段内宽带无缝调谐。     

高效率宽调谐扇形MgO:PPLN中红外光参量振荡器

3～5μm的中红外激光位于大气窗口，在环境监测、军事、医疗、遥感等诸多领域有着重要的应用。利用纳秒量级的1 064 nm调Q激光器泵浦扇形掺氧化镁周期极化铌酸锂(MgO:PPLN)，设计了一种高效率、宽调谐纳秒中红外激光输出光学参量振荡器(Optical parametric oscillator, OPO)。通过降低泵浦光的重频，有效地减小了OPO的振荡阈值，在10 kHz的泵浦重频下，OPO阈值为0.4 W。在泵浦功率为4.68 W，晶体极化周期为30.47μm的条件下，获得了0.833 W的3.4μm中红外激光输出，对应的光光转换效率为17.8%。实验研究了不同极化周期下的输出波长，实验结果与理论模拟值较为吻合。通过横向移动MgO:PPLN晶体改变其极化周期，在31.05～28.8μm的调节范围内获得了1 440.7～1607.0 nm的信号光及3 171.1～4 088.1 nm的闲频光输出，其中信号光的脉宽约为8.1 ns。     

高光束质量闲频光谐振中红外MgO:PPLN光参量振荡器

报道了采用纳秒脉冲激光器泵浦基于掺杂氧化镁周期极化铌酸锂(MgO:PPLN)晶体的高光束质量、闲频光谐振中红外光参量振荡器。通过选取曲率半径为200 mm的凹面输入镜和平面输出镜来建立平凹腔,实现了高光束质量的近-中红外激光输出。当输入的最大泵浦能量为21 mJ时,输出信号光和闲频光的最大能量分别为3.2 mJ和1.12 mJ,对应信号光和闲频光的斜效率分别为24%和9%。通过在25～200℃范围内改变MgO:PPLN晶体温度,实现信号光波长1.505～1.566μm和闲频光波长3.318～3.628μm的激光调谐输出。由于闲频光单谐振的光参量振荡器具有较大的衍射损耗和光束发散角,可以提高输出闲频光的光束质量。采用刀口法测量得到中红外激光在两个正交方向的光束质量因子分别为M_x²≈1.2和M_y²≈1.2。     

基于全保偏光纤的宽带宽调谐DFG中红外光梳

本文报道了一种性能稳定的宽带宽调谐差频产生（DFG）中红外光梳设计方案。采用保偏光纤构建光纤链路，以确保其性能稳定；采用自相似光纤放大、光纤孤子压缩及负色散高非线性光纤产生超连续谱等技术，获得了宽带、弱啁啾和窄脉宽基频脉冲；通过严格控制双色基频脉冲的空间重叠、时间同步和偏振特性，仅通过调整硒化镓非线性晶体的相位匹配角和时间同步，无须改变双色基频频率的光谱特性，DFG中红外光梳就可以实现宽光谱带宽和宽光谱调谐范围输出。集成封装仪器化的DFG中红外光梳的光谱覆盖范围为7～13μm，每个调谐波段的带宽均较宽，9.5μm波段的带宽达到了2.43μm;7～13μm光谱调谐范围内的平均功率都大于240μW，其中8μm波段的平均功率达到了470μW。     

利用单共振光学参量振荡器产生宽调谐高功率连续单频红外激光

利用自制的高功率连续单频1.06μm激光器抽运基于周期性极化铌酸锂(PPLN)晶体的单共振光学参量振荡器(SRO),实验产生了宽调谐高功率连续单频红外激光。通过控制改变PPLN晶体的极化周期和温度,连续单频信号光和闲频光波长分别可从1.45μm调谐到1.79μm和从2.62μm调谐到3.99μm。当抽运功率为15.5 W时,1.52μm信号光和3.53μm闲频光的最大输出功率分别为5.1W和2.1W,光光转换效率达46.5%。当SRO自由运转时,信号光和闲频光在4h内实测的功率波动分别小于±2.77%和±2.79%,同时信号光在4h内实测的频率漂移小于±45 MHz。     

3μm低阈值MgO:PPLN-OPO布拉格体光栅腔谱宽压窄研究

设计了一种双程抽运可调谐光参量振荡器(OPO)。利用1.065μm单频脉冲光纤激光器抽运周期性畴极化掺镁铌酸锂晶体(MgO…PPLN),采用反射式布拉格体光栅压窄振荡信号光,将闲频光的谱宽从自由振荡时的38nm压窄到0.42nm,并将振荡阈值降低至6.7 W,从而获得了高转换效率的中红外激光输出。通过调节体光栅的角度和温度,实现了闲频光230GHz的调谐输出;当闲频光输出功率为2.5 W时,其水平方向和垂直方向的光束质量因子分别为1.8和1.9。     

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%。     

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%。     

小型化宽调谐MgO:PPLN中红外纳秒光参量振荡器

基于光学超晶格的光参量振荡技术是产生2～5μm中红外光源的有效途径,在大气环境监测、医疗诊断、精密光谱分析、光电对抗等领域具有重要的应用价值。针对小型化中红外激光器应用需求,开展了结构紧凑、高效率、宽调谐的纳秒光纤激光泵浦的周期极化掺镁铌酸锂光学超晶格(MgO∶PPLN)光参量振荡器(OPO)的研究。采用1.06μm纳秒光纤激光泵浦多周期(29～31.6μm)MgO∶PPLN晶体,结合周期和温度调谐,实现了闲频光2.37～4.01μm连续调谐中红外激光输出。当泵浦功率为9.95 W时,2.37～3.75μm平均输出功率均大于1.7 W,其中3.4μm平均输出功率最大,相应的功率和光光转化效率分别为3.68 W和37%。重点讨论了在2.4、2.7、3.8和4.0μm处的中红外激光输出特性,最大平均输出功率可分别达到2.87、2.45、1.87和1.22 W,相应的光光转化效率分别为17.2%、19.8%、11.2%和8.6%。本文的研究结果为小型化宽调谐中红外激光器的研发提供了重要的实验依据。     

W级中红外宽调谐光学参量振荡器的研究

报道了一个低阈值、宽调谐、中红外单谐振掺MgO的周期性极化LiNbO3(PPMgLN)晶体光学参量振荡器(OPO)。利用声光调Q的Nd:YVO4激光器作为泵浦源,采用外腔结构,在室温下实现了PPMgLN晶体的准相位匹配(QPM)OPO。OPO阈值仅为0.4 W(重复频率40 kHz,单脉冲能量10μJ,脉宽160 ns);在泵浦光为6.6W(重复频率40 kHz,脉冲能量165μJ,脉宽65 ns)、PPMgLN周期为30μm时,获得了1.13 W的3.61μm中红外脉冲激光输出,光-光转化效率达到17.1%,同时获得了880 mW的1.51μm信号光输出,并且通过改变晶体的周期,实现了闲频光3.13～4.19μm中红外宽带可调谐激光输出。重点讨论了闲频光的功率、调谐和脉冲特性以及功率稳定性问题。     

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3W（808nm）;在泵浦光功率为5 W、PPMgLN极化周期为31.5μm时,获得了365 mW、2.95μm的中红外连续激光输出和312 mW、1.66μm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2.95～4.16μm闲频光和1.43～1.66μm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。     

MgO:PPLN中红外光参量振荡器的闲频光纵模特性研究EI北大核心CSCD

文中介绍了一种纳秒脉冲端面泵浦MgO:PPLN外腔光参量振荡器。基频光采用激光二极管泵浦的声光调Q Nd:YVO_(4)纳秒激光器,在声光Q开关的工作重复频率为120 kHz时,实现脉宽8.1 ns、最高输出功率7.03 W的1.064μm激光输出。通过将基频光聚焦至MgO:PPLN晶体内,外腔泵浦得到了脉冲宽度为4.7 ns,输出功率0.7 W的3μm闲频光。基频光-闲频光转换效率为9.95%,将基频光与闲频光的时域波形图傅里叶变换后对比,观察到光参量振荡过程对闲频光高阶纵模的抑制现象。该研究对实现窄线宽低噪声的中红外激光具有一定的参考价值。     

高功率宽带可调谐全固态CW PPMgLN光学参量振荡器

利用输出1064nm波长的全固态连续Nd:YVO₄激 光器作为泵浦源,采用周期极化晶体的 周期调谐技术,对周期极化MgO:LiNO₃(PPMgLN)晶体准相位匹配全固态连续波(CW)光学参 量振荡器(OPO)的高功率宽波段调谐 输出特性进行了研究,实现了连续模式的全固态OPO在近红外和中红外波段 高功率宽带可调谐输出。 实验采用连续工作模式、单谐振和外腔结构。实验结果表明,全固态 CW PPMgLN OPO实现了信号光在1435.9～1670.2 nm近红外波段和闲频光在2970.4～ 4185.0nm中红外波段宽带可调谐输出;在30.5μm周期处 的泵浦功率达到11.8W时获得最大总 输出功率为4.2W,信号光在1548nm处和闲频光在3451nm处的功率分 别达到2.2和2.0W, 相应的光-光转换效率分别为35.6、18.6和16.9%。CW PPMgLN OPO输 出功率的稳定性达到9.88%。     

宽调谐高效率声光调Q Nd∶YVO4/PPMgLN光学参量产生器

利用声光调Q的Nd∶YVO4激光器作为泵浦源,在室温下,实现了PPMgLN晶体准相位匹配光参量输出。光参量阈值仅为0.5 W(20 kHz,75 ns);在泵浦光2.25 W(20 kHz,52 ns),PPMgLN极化周期31.4μm时,获得了426.1 mW 3.03μm中红外脉冲激光输出;同时获得646.7 mW1.64μm信号光输出,总光光转化效率达到47.6%。并且通过改变晶体的极化周期,实现了闲频光3.03～4.49μm,信号光1.40～1.64μm宽带可调谐输出。     

光纤激光器泵浦光参量振荡器

为了获得小体积高功率3~5μm中红外激光输出,通过高重复频率驱动调Q技术和种子注入光放大技术,获得高功率高光束质量1.06μm光纤激光输出,外置起偏器获得两束激光输出,利用波片偏振旋光原理,实现两束偏振态一致的激光输出,泵浦非线性晶体PPLN进行频率变换,实现高功率3~5μm中红外激光输出。在电源输入电流60 A,调Q驱动频率50 kHz的条件下,获得最高功率6.2W的3.8μm中红外激光,1.06μm到3.8μm转化效率为16%。实验结果表明:通过光纤激光器泵浦光参量振荡器,可获得高功率3.8μm中红外激光输出。     

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.     

差频产生中红外光源的线宽分析

差频法具有无需复杂腔型调整、输出激光调谐范围宽、效率较高等综合优点,是获得3～5μm中红外激光光源的重要手段。推导了差频产生中红外激光的输出光波长、线宽以及功率的公式,重点讨论了输出激光线宽与抽运光波长和线宽、信号光线宽以及温度等因素的关系。结果表明,输出激光线宽主要由抽运光和信号光的线宽决定。     

基于高非线性PCF光纤交叉相位调制的波长转换

设计了一种新型的高非线性低损耗光子晶体光纤(PCF),在1.55μm处可获得35.78W-1·km-1的高非线性系数,损耗为2.5dB/km。提出了一种基于高非线性光子晶体光纤交叉相位调制的波长转换系统,当泵浦光波长为1 565nm、功率为0dBm,信号光波长为1 545nm、功率为10dBm,滤波器波长为1 565.2nm、带宽为0.1nm时,得到最佳的波长转换效应。     

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.