倍频注入法实现倍频稳定输出的模拟研究

在对描述Ⅰ类相位匹配倍频过程的耦合波进行分析的基础上,发现不同初始条件下倍频过程中基频光和倍频光强度变化情况不相同。当注入倍频光能量不为零,且初始相位满足一定条件时,能量会在基频光和倍频光中循环交换。利用倍频过程中的这个循环过程,提出在倍频过程中注入倍频种子光(简称倍频注入)以实现稳定的倍频能量输出,并用数值模拟计算结果证明了倍频注入方法的有效性。进一步的数值模拟研究结果表明:倍频注入方法中可以通过改变注入的倍频种子光强和倍频种子光与基频光之间的相对相位来调节实现稳定倍频输出所需的倍频晶体长度。     

有效倍频行为中相位匹配条件的适用范围

任何一种理论都有它的适用范围,相位匹配条件亦不例外,因此我们可以问是否存在一个判据,它告诉我们什么时候可以“相位匹配地”讨论有效倍频现象以及什么时候必须“非相位匹配地”讨论。本文基于晶体的离散原子结构状态讨论了有效倍频行为中先前Franken和Ward所描述的相位匹配条件的适用范围,粗略地说,每当所有有关的光波波长都比晶格中原子间距大得多时,“相位匹配地”讨论就足够了,也即是足够精确了。     

BBO晶体Ⅱ类相位匹配光参量放大理论分析

理论研究了BBO晶体在Ⅱ类相位匹配下非共线情况时的参量放大特性。计算了在不同非共线夹角下的相位匹配角度。在增益谱分布的模拟计算中发现Ⅱ类匹配具有非常窄的增益带宽，并在其参量带宽的模拟计算中得到了证实。数值模拟了转换效率随晶体长度的变化曲线。分析了抽运光脉冲和信号光脉冲的时间不同步以及初始输入的信号光脉冲形状对转换效率的影响。选择最佳晶体长度和同步时间，最大转换效率可达到25％。研究结果表明BBO的Ⅱ类相位匹配具有非常窄的参量带宽和增益带宽，这对于窄带的激光参量放大的研究有重要意义，并拓宽了BBO晶体在光参量放大技术中的用途。     

准相位匹配的KTP晶体获得高效外腔谐振倍频绿光

采用准相位匹配的KTP晶体对全固化Nd∶YVO4连续输出的 10 6 4nm单频激光进行外腔谐振倍频 ,当倍频腔的红外输入功率为 15 0mW时 ,获得 76mW的单频绿光输出 ,最大倍频转换效率为 5 0 6 %。     

GdYCOB的生长及非临界相位匹配三倍频性质

在大气气氛下生长了高光学质量的晶体Gd0.37Y0.63Ga4O(BO3)3(GdYCOB);测量了GdYCOB晶体的非晶界相位匹配三倍频转换效率,分析了GdYCOB晶体中色心等缺陷对三倍频转换效率的影响并提出了消除色心的途径。     

Ⅰ类非临界相位匹配LBO腔外倍频660nm效率的研究

报道了利用LBO晶体对Nd:YAG纳秒激光器进行腔外倍频实验的研究结果,实验中LBO晶体采用Ⅰ类非临界相位匹配(NCPM),温度调谐。实验证明,采用LBO温度调谐方式具有倍频效率高、稳定性好、易于调节等优点,当匹配温度为8.4℃、基频光功率为1.3J时,获得了855mJ的660nm倍频光输出,最高转换效率达到66%,倍频光能量稳定度小于±3%。     

KTP晶体光参量过程的相位匹配

讨论了双轴晶体中参量过程的角度匹配计算方法,计算了KTP晶体对于355、532nm和1064nm波长泵浦的光参量过程的角度匹配曲线;对于三个主平面内的Ⅱ类相位匹配曲线的特点作了分析和讨论。实验验证了532nm波长泵浦的光参量过程,在X-Z平面内的Ⅱ类相位匹配角度值与理论计算的结果一致。     

LD抽运Ⅱ类非临界位相匹配内腔倍频单频Nd∶YAP/KTP激光器的设计

考虑了二类非临界位相匹配晶体KTP对基频光的双折射效应及其倍频特点 ,将λ/ 4波片 ,λ/ 2波片和法拉第旋转器以适当方式组合起来 ,实现了激光器的单向运转。根据大功率光纤耦合激光二极管阵列端面抽运时激光晶体热效应的特点 ,设计了适当的谐振腔形。当抽运功率为 10W时 ,得到了波长为 5 40nm的 1 0W单频绿光输出。自由运转情况下功率波动小于± 1 5 % ,频率稳定性优于± 5MHz,锁定后 ,频率稳定性优于± 5 5 0kHz     

周期极化KTP晶体532nm倍频连续绿光输出

研究了高压电场极化法制作周期极化(PP)钛氧磷酸钾(KTP)的关键技术,实现了z切1mm厚、光栅周期Λ=9.0μm的熔融生长的KTP晶体的周期性极化反转。样品互作用长度为3mm,经Nd:YAG输出的连续1.064μm倍频(SHG)实验测试,在室温(32℃)条件下得到功率为20μW的532nm连续绿光输出。归一化倍频效率约为0.0089%/(W·cm)。     

常用双轴晶体连续调谐倍频时的相位匹配特性

本文讨论了常用双轴晶体ＫＴＰ、ＬＢＯ、ＫＮ在基频光波长连续调谐时的倍频相位匹配特性，给出了这三种晶体在不同波长倍频时的最佳相位匹配角的有效倍频极化系数，并纠正了以往计算中的不正确作法。     

双轴晶体主平面上倍频的相位匹配

从折射率椭球方程和折射率椭球面出发，讨论光束在双轴晶体中传播及偏振的特性、主平面倍频共线相位匹配（PM）问题，得到了双轴晶体主平面内激光所有可能PM倍频的8种偏振组合及其相应的PM角公式、有效非线性（NL）系数deff的一般表达式。结果表明：得到的公式简单，可大大简化PM参数计算及优化设计；折射率椭球面是单层曲面，比双层的折射率面简单；基于折射率椭球面寻找所有可能PM的类型、偏振组合的方法物理图像简明，易于理解，大大降低了双轴晶体PM问题分析的难度。     

2.1 W连续绿光输出的一阶准相位匹配内腔倍频

利用周期极化化学计量比掺氧化镁LiTaO3晶体(PP-MgO∶SLT),对半导体激光器(LD)端面抽运的1064-nm-Nd∶YVO4激光器进行了一阶准相位匹配(QPM)内腔倍频(ISHG)。PP-MgO∶SLT晶体长20 mm,极化周期为7.93μm(室温下),利用外加电场极化法制作,极化沿晶体的z向进行。实验中基频光波和倍频光波均沿晶体z向偏振以利用其最大的有效非线性系数。Nd∶YVO4激光器选用三镜折叠腔结构,在半导体激光器抽运功率为11 W,晶体温度为70.4℃时,产生了最大输出功率为2.1 W的连续绿光激光,光-光转换效率为19%。同时对PP-MgO∶SLT晶体外腔单程倍频下的转换效率与晶体温度间的关系进行了理论研究。实验中测得的内腔倍频的允许温度要远大于外腔单程倍频;另外,观察到随着晶体温度的变化倍频光功率出现突然下降的现象,并给出了相应的讨论。     

双轴晶体KTP的色散特性及其倍频PM的表征

讨论双轴晶体KTP单、双极点两类色散方程交换关系及其关系。从KTP色散方程及其参数数据得到折射率、色散曲线、主轴坐标平面上倍频相位匹配（PM）角，并分析各组数据的可靠性及KTP色散特性。分析双轴晶体主平面上倍频PM的表征。     

利用晶体拼接实现大口径会聚光束三倍频

惯性约束聚变激光驱动器中,熔石英透镜的紫外激光损伤问题一直是限制其负载能力提升的重要因素。对此提出了一种新的大口径光束三倍频构型方案,将三倍频晶体置于聚焦透镜之后,在基频光和倍频光的会聚过程中实现和频。大口径会聚光束的入射角度达36.35 mrad,为满足相位匹配条件,三倍频晶体采用相位匹配接受角度更大、损伤阈值更高的LBO晶体。理论分析表明,3块切割角度不同的LBO晶体拼接即可满足会聚光束相位匹配容忍角的要求。原理性实验也验证了该方案的可行性。该构型不仅能规避熔石英透镜的紫外激光辐照,提升激光驱动器的负载能力,而且能突破LBO晶体的口径受限问题。     

LBO Ⅰ类临界相位匹配倍频671 nm激光器

采用 1W国产半导体激光二极管抽运Nd∶YVO4 ,Ⅰ类临界相位匹配LBO晶体腔内倍频 ,获得了 74mW的6 71nm红激光输出的实验结果。分析和实验表明 ,LBOⅠ类临界相位匹配是获得高效率倍频红光输出的实用方法。     

BBO晶体类相位匹配光参量放大理论分析

理论研究了 BBO晶体在 类相位匹配下非共线情况时的参量放大特性。计算了在不同非共线夹角下的相位匹配角度。在增益谱分布的模拟计算中发现 类匹配具有非常窄的增益带宽 ,并在其参量带宽的模拟计算中得到了证实。数值模拟了转换效率随晶体长度的变化曲线。分析了抽运光脉冲和信号光脉冲的时间不同步以及初始输入的信号光脉冲形状对转换效率的影响。选择最佳晶体长度和同步时间 ,最大转换效率可达到 2 5 %。研究结果表明 BBO的 类相位匹配具有非常窄的参量带宽和增益带宽 ,这对于窄带的激光参量放大的研究有重要意义 ,并拓宽了 BBO晶体在光参量放大技术中的用途。     

准相位匹配砷化镓晶体制备工艺及脉冲CO_2激光倍频研究

对准相位匹配砷化镓(GaAs)晶体扩散键合制备方法进行了研究。采用超高真空预键合-高温退火方法,在不同载荷压力条件下,完成了三组准相位匹配GaAs倍频晶体的制备。准相位匹配结构的极化周期长度为219μm,堆叠层数44层,直径18mm,有效通光孔径达到15mm,在通光面未镀膜条件下,最高的基频光与倍频光透射率在30%以上。以主脉冲宽度90ns,拖尾宽度2~6μs的横向激励大气压(TEA)-CO2激光器作为基频光光源,通过调谐基频光波长,在4.63~5.37μm波段内得到了效率大于4%的倍频输出。当基频光波长为10.68μm,主脉冲能量为409mJ,晶体接收基频光功率密度达到3.65MW/cm2时,得到了单脉冲能量26.9mJ,峰值功率298kW,倍频效率达到6.58%的倍频输出。     

关于倍频绿光问题的研究

采用双波片晶体的物理模型和Jones矩阵方法,得到了在连续多纵模腔内倍频激光器中压缩噪声的必要条件,推导出与Ⅱ类和Ⅰ类相位匹配方式相对应的消除和频效应的公式,并推广为往返Jones矩阵元所应满足的关系,以及相应的腔内本征矢.     

非临界相位匹配KTP光学参量振荡器的研究

利用1. 06μm激光脉冲泵浦非临界相位匹配(NCPM) KTP光学参量振荡器,获得中心波长1566nm的信号光输出。当泵浦光能量为100mJ时,输出信号光能量约为31. 9mJ ,相应的转换效率为30. 9% ,信号光脉冲宽度(10ns)比泵浦光脉冲宽度(30ns)小得多。当相位匹配角(内角)从90°到80°变化时,信号光调谐范围为1566～1596nm。