基于PPLN的中红外CW QPM-OPO技术发展综述

光学参量振荡器(OPO)是利用非线性晶体的混频特性实现频率变换器件,是获得可调谐相干光的有效途径之一.准相位匹配(QPM)OPO产生的红外波段光在红外军事对抗、大气环境监测、医学、特殊环境远距离监控以及光谱学研究等诸多领域有重要的应用价值.而连续(CW)周期性极化铌酸锂(PPLN)OPO是3-5μm中红外大功率连续激光源的最佳选择.本文阐述了QPM技术的原理和特点,综述了中红外CWOPO的发展状况,重点放在CWPPLN OPO技术的发展上,并指出了其发展趋势及应用前景.     

基于PPLN的中红外CW QPM-0P0技术发展综述

光学参量振荡器(OPO)是利用非线性晶体的混频特性实现频率变换器件,是获得可调谐相干光的有效途径之一。准相位匹配(QPM)OPO产生的红外波段光在红外军事对抗、大气环境监测、医学、特殊环境远距离监控以及光谱学研究等诸多领域有重要的应用价值。而连续(CW)周期性极化铌酸锂(PPLN)OPO是3—5μm中红外大功率连续激光源的最佳选择。本文阐述了QPM技术的原理和特点,综述了中红外CWOPO的发展状况,重点放在CWPPLNOPO技术的发展上,并指出了其发展趋势及应用前景。     

基于周期性极化铌酸锂晶体的Solc滤波器的研究

由于室温极化技术的逐渐成熟，准位相匹配非线性光学技术已经广泛用于可见和近中红外相干光频率转换．这其中最成熟的就是周期性极化铌酸锂(PPLN)，除了非线性光学系数以外，电光系数同样会由于铁电畴的周期性反转而周期性地被调制．如果把PPLN的每个畴看成一个半波片，相邻的不同畴的光轴由于横向电光效应而形成一个很小的夹角，     

基于MgO: PPLN的高重频、高峰值功率中红外光参量振荡器

报道了一种基于周期性极化掺氧化镁铌酸锂晶体(MgO: PPLN)的高峰值功率、纳秒宽调谐中红外光参量振荡器(Optical parametric oscillation, OPO)。采用重复频率30~50 kHz、脉冲宽度小于4 ns的高光束质量1064 nm基频光泵浦基于极化周期为29 μm MgO: PPLN的OPO,当MgO: PPLN温度为80 ℃时获得30 kHz、脉宽1.19 ns、峰值功率48.45 kW的3.93 μm激光输出。在MgO: PPLN 温度区间为50~200 ℃时,中红外调谐输出波长为3.77~3.96 μm。根据实验结果分析讨论了不同重复频率下转换效率的特点、温度调谐特性与理论分析的一致性。     

基于光参量振荡的35 kHz中红外激光器研究

研究了基于高重频1064 nm激光泵浦的3.8 μm周期性极化铌酸锂(periodically poled LiNbO₃, PPLN)光参量振荡器(optical parametric oscillator, OPO)。采用Nd :YVO₄声光调Q激光器,获得了光束质量良好,重复频率25~35 kHz,最大平均输出功率6.1 W,脉冲宽度59.1 ns的1064 nm基频激光。模拟分析了在1064 nm激光泵浦下,极化周期Λ=29.5 μm MgO:PPLN晶体的温度调谐特性。通过实验,在25~200 ℃的温度范围内,获得了3599.6~3845.5 nm连续变化的中红外激光。当PPLN晶体温度为30 ℃,基频光功率为6.1 W时,得到了最大输出功率0.45 W ,重复频率为35 kHz的3845.5 nm中红外光输出。     

利用QPM-OPO的调谐特性精确测定晶体的极化周期

利用准相位匹配(QPM)光学参量振荡器(OPO)的角度和温度调谐特性来精确测定晶体的极化周期。以1064．3nm Nd：YVVO4全固态激光器泵浦的周期极化LiNbO3(PPLN)-OPO为研究对象,测量、计算了3块PPLN的极化周期。通过理论温度调谐曲线与实验曲线的对比证明,此方法是一个精确测定PPLN极化周期的有效方法。     

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。     

紧凑型连续波半导体激光倍频的488nm蓝光激光器

利用波导型准相位匹配周期极化反转铌酸锂(PPLN)晶体直接倍频波长为976nm的连续半导体激光二极管,在 接近室温的晶体工作温度(28℃)下,获得了488nm的连续蓝光输出,最大输出大于20mW。所用的晶体尺寸为8mm× 1．4mm×1mm,波导截面为4．5μm×3．5μm,极化周期为5．2μm。研究了波导型PPLN晶体的倍频效率与温度的关系。     

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。     

周期性极化铌酸锂两种主要制备方法的比较

重点比较了目前制备周期性极化铌酸锂(PPLN)最主要的两种方法：室温下外加电场极化法和激光诱导外加电场极化法，并对未来制备方法的发展趋势作了简单的讨论。     

PPLN准相位匹配技术在蓝绿激光器及中红外OPO中的应用进展

以PPLN、PPMgLN、PPKTP等为代表的周期极化工艺的成熟,极大地促进了准相位匹配技术的发展,拓宽了非线性晶体应用范围,大大提高了频率转换效率。周期极化晶体与其它非线性晶体结合,利用倍频、差频、混频、OPO等技术是实现激光波长拓宽的一种非常有效的手段。本文阐述了QPMPPLN在蓝绿激光器及中红外OPO的应用进展,展望了PPLN的应用发展趋势。     

多通道PPLN波导温度控制方法

转换效率是周期性极化铌酸锂（PPLN）波导的主要性能指标，其与温度具有很强的关联性。受限于工艺问题，波导各个通道之间的一致性很难保证。提出一种多通道波导的温度自动控制方法，该方法通过FPGA芯片获取与多通道波导对应的多个单光子探测器探测到的光子数，并通过相应均衡算法来处理各个通道的光子数，从而确定多通道波导的最佳温度工作点，达到自动调节波导温度的目的。通过FPGA实现半导体制冷片（TEC）驱动控制、具有主动淬灭和快速恢复功能的单光子探测器，并通过均衡算法实现多通道波导温度的自动控制，实现探测效率更均匀的多通道上转换单光子阵列探测器，极大地减少前期人力投入，避免人为因素导致的误差。     

准连续双包层光纤激光在周期性极化铌酸锂晶体中倍频产生59mW绿光

将周期性极化晶体和双包层光纤激光相结合获得绿光激光输出,是实现高光束质量、全固化、小型化、高效率绿光激光器的一个非常有前途的方向.采用周期性极化铌酸锂晶体(PPLN)光栅周期6.5 μm,长20 mm,宽5mm,厚0.5 mm,对种子光注入式掺Yb双包层光纤激光器的准连续输出进行了倍频.研究了倍频光功率和转换效率随抽运光功率的变化关系,保持PPLN的控制温度为193.1℃,在抽运功率为650 mW时,得到6.7%的最高谐波转换效率,在抽运功率为970 mW时,得到了59 mW的最高绿光功率输出.     

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。     

差频产生中红外光源的大气痕量成分高灵敏检测系统研究

室温工作的连续可调谐相干光源在痕量气体检测技术中有着重要应用价值,非线性差频产生方法是获得室温工作的中红外相干光源的有效途径,是对传统激光光源的重要补充.研究了基于准相位匹配技术的差频产生基本原理和PPLN晶体的温度调谐特性;以甲醛为检测目标气体,研究了基于差频产生的大气甲醛中红外高灵敏探测系统组成,采用光通信波段半导体激光器和掺镱光纤激光器作为信号和泵浦激光,通过PPLN晶体的非线性差频过程实现3.53 μm差频输出.系统具有室温工作、全光纤耦合、结构紧凑的特点,能够满足大气痕量气体实时在线检测的需要.     

双端泵Nd:YVO4固体激光器泵浦的高功率光参量振荡器

报道了基于双端泵Nd:YVO4固体脉冲激光器泵浦的基于周期性畴极化反转氧化镁掺杂铌酸锂晶体(PPMgLN)的光参量振荡器(OPO)。双端泵Nd:YVO4固体脉冲激光器采用激光二极管作为双端泵浦源,在25 kHz重频下获得了平均功率为23.5 W的1064 nm近基模线偏振激光输出。使用该激光器泵浦一个基于PPMgLN的OPO,获得了平均功率为3.54 W的3.83μm中红外激光输出。OPO的斜率效率为65.2%,其中,从1.064μm到3.83μm的斜率效率为18.1%。该系统结构十分紧凑、成本低、实用性强,在4 h内的稳定度小于4%,具有较高的应用价值。     

基于PPLN波导的全光译码器的设计与研究

随着互联网的发展,网络数据流量极速增长,全光网(AON)概念的提出有利于解决可用带宽受限、信号传输速率较低等问题。其中,全光逻辑信号处理为AON的重要组成部分。根据周期性极化铌酸锂(PPLN)波导的二阶非线性效应原理,将产生的输出信号连续送入不同的PPLN波导进行叠加处理,设计出全光2线-4线译码器的波导级联结构,通过数值计算仿真得到了波形图和眼图,分析了全光2线-4线译码器输出信号的半高全宽(FWHM)、峰值功率、延迟时间和消光比。仿真结果表明:采用PPLN波导级联的方式实现了2线-4线译码器在光域中的逻辑功能,同时保证了光信号的传输质量,为PPLN波导的全光信号处理提供了新的器件类型。     

PPLN倍频效率与温度关系分析

本文研究了准位相匹配周期性极化铌酸锂（PPLN）晶体的体器件倍频特性与晶体温度的关系，从准相位匹配位相失配关系出发，推导了PPLN光栅周期和倍频效率的表达式，并考虑到铌酸锂晶体的热膨胀因素，给出了温度调谐带宽精确表达式，理论分析与已有实验结果进行了比较，符合得较好。     

基于PPLN晶体的可调谐太赫兹波辐射特性研究

提出了一种周期极化铌酸锂(PPLN)晶体差频产生太 赫兹(THz)波的新型结构。基于非线性晶体三波互作用理论模型,根据周 期极化掺镁铌酸锂(PPMgLN)晶体的准相位匹配原理和掺铒光纤激光器(EDFL)双波长输出激光 特性,并结合晶体折 射率差公式,理论分析了工作温度及极化反转光栅周期对其输出THz波的影响,给出 一定频率范围内其 输出波长连续可调谐的实现方法。本文系统结构简单、成本低和调谐容易,激光器可室温 运转。     

锁模光纤激光的倍频及波长调谐实验研究

利用周期性极化铌酸锂（Periodically Poled Lithium Niobate, PPLN）晶体实现了对掺镱锁模光纤激光器输出单横模激光的倍频,产生了532nm波长附近的倍频脉冲光。基于准相位匹配（Quasi Phase Matching, QPM）技术,通过改变基频光到PPLN晶体的入射角,使不同中心波长的基频光达到准相位匹配条件,实现倍频光波长的调谐。对带宽60 nm的锁模激光倍频得到带宽1.5 nm、中心波长532nm的脉冲激光输出。以掺Yb锁模光纤激光作为基频光,调节PPLN晶体角度,获得了中心波长连续变化的倍频激光,入射角度调节范围0°~25°,对应的倍频光波长调谐范围531.8nm~535.6nm。波长变化趋势与理论分析一致。