基于YCOB晶体分析信号光脉冲时间特性对光参变啁啾脉冲放大光谱和转换效率的影响

基于YCOB晶体中三波耦合方程理论模型,在抽运光波形和能量、晶体长度相同的条件下,研究信号光的时间波形对光参变啁啾脉冲放大(OPCPA)光谱和转换效率的影响。计算过程中,抽运光和信号光能量分别为45J和500mJ,光斑直径分别为60mm和50mm。抽运光脉宽取3ns,信号光脉宽为1.2ns。数值结果显示,信号光放大后的光谱和转换效率与输入信号光的时间波形有关。1阶高斯型脉冲光谱的半峰全宽(FWHM)得以展宽,由原来的36nm展宽为放大后的61nm,2阶超高斯脉冲频谱展宽为47nm,高斯脉冲的阶数越高,谱宽展宽越小,5阶和5阶以上的高斯脉冲光谱不再展宽,几乎保持原来36nm不变;1阶高斯脉冲的转换效率最高,达到32%左右,2阶高斯脉冲只有25%,8阶以上转换效率基本变化不大,约为19%。信号光脉冲时间特性对OPCPA的光谱输出和转换效率产生很大的影响。     

PPMgLN中红外宽调谐脉冲光参变振荡器

采用半导体激光器(LD)端面抽运声光调Q的Nd:YVO4激光器做为抽运源,选用周期性极化掺氧化镁铌酸锂晶体(PPMg LN),通过优化抽运光光束质量和模式匹配,获得了中红外光参变振荡器。实验发现,对于确定的LD抽运功率,当重复频率较小,输出功率随着重复频率的增加而增加,但是达到某一重复频率时,输出功率便随着重复频率的增加而减少。改变PPMg LN晶体的周期,实现了中红外2.95~4.16 mm宽带调谐。     

色散和高阶非线性对飞秒光参变放大的影响

群速度色散和高阶非线性效应是影响超强超短脉冲抽运下光参变放大能量转换效率的重要因素.为了提高光参变放大的能量转换效率,采用理论分析和数值计算的方法,模拟超强超短激光脉冲抽运下MgO:LiNbO3晶体中的光参变放大过程,得到了不同抽运功率密度、不同群速度色散条件下光参变放大的能量转换效率曲线,并且讨论了高阶非线性效应对和脉冲时间波形和频谱的影响.结果表明,群速度色散会使抽运光脉宽增加,功率密度降低;大功率密度抽运下高阶非线性效应的影响不可忽略,它会进一步减小能量转换效率,还会使信号光的频谱展宽,为了提高单位晶体长度的参变放大增益,可以通过引入初始啁啾来抵消群速度色散的影响.     

中红外光参变振荡非线性晶体及器件研究进展

评述了近年中红外光参变振荡器(OPO)的研究进展,主要包括OPO非线性晶体的特性及OPO技术参量与器件系统,给出中红外OPO目前存在的关键问题和今后的发展方向,提出了进一步改善器件性能的可能途径。     

超短中红外激光脉冲的产生及其发展状况

超短中红外脉冲对研究物理、化学、生物学和半导体内的超快过程等有非常重要的作用。介绍了参量振荡、差频产生、参量放大产生超短中红外激光脉冲的方法,及国内外相关研究的最新进展。     

一种飞秒中红外激光脉冲的产生方法

由于能极型固体增益介质的缺乏,利用增益介质的能阶特性直接产生中红外激光相对困难。设计了基于非线性频率变换的光参量放大法来产生中红外激光脉冲。利用发展成熟的高峰值功率近红外激光,产生精准同步的泵浦光和信号光。利用KTP晶体的非线性效应进行光参量放大,得到中红外波段的激光脉冲。实验结果表明:产生的中红外闲频光中心波长为3200 nm,脉冲能量14.9 μJ,脉冲宽度47 fs。     

中红外砷酸钛氧钾光参变振荡器的实验研究

为了得到高能量中红外激光输出,对电光调Q灯抽运1064nm Nd:YAG抽运复合腔砷酸钛氧钾(KTA)光学参变振荡器(OPO)作了实验研究,在工作频率1Hz时得到OPO输出单脉冲能量6mJ,信号光脉宽10ns,闲频光波长407nm,能量11mJ.在5Hz～40Hz范围单脉冲能量随重复频率增高而降低.实验中采用的复合腔抽运技术有利于提高转换效率,降低起振阈值.使用上述光源对中红外成像器件作实验,在成像系统监视器上观察到激光光斑.这一结果对中红外激光器的研究是有帮助的.     

中红外激光技术及其进展

3～5μm波段激光在民用和军用两方面都具有重要作用.文中简要介绍了产生中红外激光的各种方式,并分析其优缺点,从两个方面综述了中红外激光源的进展情况.首先介绍了半导体量子级联激光器、固体激光器、自由电子激光器、化学激光器、气体激光器等线性光学方法产生中红外激光的进展;然后对基于物质二阶非线性作用产生中红外激光的光学倍频、差频和光参量激光器的进展进行了介绍;最后指出了中红外激光技术的发展方向.     

光参量啁啾脉冲过饱和放大实现超短脉冲的频谱整形

光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)非线性过程是个可逆过程,信号光增大到最大值时抽运光能量已几乎被耗尽,随即进入过饱和放大阶段,能量会由信号光和闲频光重新回到抽运光中.提出了利用这一过程实现啁啾脉冲频谱整形的一种新方法.通过数值模拟说明了这种啁啾脉冲频谱整形方法的原理.计算结果也表明了通过改变抽运光强、调节相位匹配角、改变抽运脉冲波形能实现对脉冲频谱整形结果的有效控制,甚至可以通过选择适当的抽运光和信号光的同步关系,使放大后输出信号光有一定的频移,这一点可以用来抑制钛宝石饱和放大引起的光谱红移.     

中红外连续波光学参变振荡技术研究进展

中红外连续波光学参变振荡技术是非线性变频领域关注的热点。它在激光通信、光谱学研究、遥感技术以及军事上的红外对抗等方面具有重要的应用。分析和对比了用于中红外输出的非线性晶体的主要特性,简单综述了国内外中红外连续波光学参变振荡技术的实验与理论研究情况,并基于研究现状提出其未来一些的研究方向。目前,中红外连续波光学参变振荡器能够实现3～5μm范围,输出功率范围在百毫瓦到十瓦之间的高稳定性、宽调谐的光输出。随着激光器技术的发展和周期性极化晶体性能的进一步提高,下一步有望在更大调谐范围内实现更高功率的中红外连续激光输出。     

MgO∶LiNbO_3晶体中超短中红外非共线相位匹配光参量放大过程角度的优化选择

计算了MgO∶LiNbO3中超短中红外光参量放大(OPA)过程中晶体的相位匹配角与非共线角的优化选择。结果表明,对于800nm波长的抽运光,信号光波长为1053nm时,非共线角α优化在1.74°~2°之间;当信号光波长在1046~1067nm内变化时,α在1.05°~2.18°之间,并且当信号光波长为1057nm,α=1.76°时,可实现三波间群速度的完全匹配。同时还得到了抽运光中心波长在780~810nm之间变化时,实现完全群速度匹配时的注入信号光波长与对应的中红外光以及相应的非共线角与相位匹配角。     

超短强激光作用下的CsLiB6O10晶体的光参量放大理论分析

对超短强激光抽运波长为355nm，脉冲宽度为10ps的CsLiB6O10。光参量放大器(OPA)的最佳晶体长度、能量转换效率和输出信号光脉宽进行了理论分析和数值模拟。得到了在IP(0)=300MW／cm^2，Is(0)=5MW／cm^2，Ii(0)=0的情况下，最佳晶体长度为27．0mm。随着抽运功率和信号光功率增大时，CsLiB6O10晶体作为光参量放大器的非线性晶体时，其作用的晶体长度变得更短。高转换效率的信号光输出取决于抽运光和初始信号光的强度及晶体长度的最佳优化值。     

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。     

利用光参量啁啾脉冲放大进行任意光谱整形方案的稳定性分析

为了在光参量啁啾脉冲放大系统中获得百飞秒脉冲,需要对注入种子啁啾脉冲进行光谱整形来补偿增益窄化、增益饱和以及自相位调制。利用时域整形的抽运光在参量耦合过程中对注入超高斯啁啾种子光进行任意光谱整形是一种新型的光谱整形方法,与在参量作用之前对种子光的光谱整形进行对比,它不会引入光谱相位调制,而且光谱整形和能量放大可以同时进行,通过数值模拟可知两种方案对于注入抽运光和种子光的稳定性要求基本相同。为了保证参量作用后的信号光的能量抖动优于±5%,对于抽运光来说,其峰值光强变化必须控制在±1%以下,而对于输入的种子光光强可以控制在±3%以下。     

1030nm皮秒级光参量啁啾脉冲放大抽运源

利用低温工作状态下Yb∶YAG再生放大器,对1030nm光纤锁模激光器输出的250pJ的种子光进行放大。电光开关门宽控制种子光在放大器内20程往返,最大单脉冲能量为217μJ,输出频率10Hz,同时由于其增益窄化效应光谱宽度由8.9nm减小到0.3nm,相应的脉宽由18.0ps被压缩到5.5ps,这与理论模拟结果的0.4nm,4.2ps基本吻合。实验结果论证了采用窄增益带宽的再生放大器可以同时实现亚皮秒光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)对抽运脉冲宽度和光谱宽度的要求,避免使用光纤光栅对光谱滤波带来的高阶非线性效应。     

基于PPMgLN晶体的高功率可调谐中红外光学参量振荡器

报道了一种基于周期极化掺氧化镁铌酸锂（MgO-doped Lithium Niobate,PPMgLN）晶体的高效可调谐中红外光学参量振荡器（Optical Parametric Oscillator,OPO）。采用自行设计的激光二极管（Laser Diode,LD）双端泵浦Nd:YVO₄声光调Q激光器作为OPO的泵浦源来泵浦PPMgLN晶体,实现了准相位匹配（Quasi-Phase Matching,QPM）单谐振中红外激光输出。当泵浦功率为14.37 W时,获得了平均功率为2.39 W的闲频光输出,其转换效率为16.63%。通过调节PPMgLN晶体的极化周期,可以实现闲频光在3.41³.97μm内的波长调谐。