高峰值功率皮秒激光系统KTP 和β-BaB2O4 倍频技术研究

文中对非线性光学晶体KTiOPO4（KTP）和β BaB2O4(BBO)在窄脉宽300ps，峰值功率2×109W激光系统中倍频技术进行了实验研究和理论分析，在基频光(1064nm)能量为550mJ时，KTiOPO4的二倍频效率达到60％；β BaB2O4二倍频效率达到40％。并对KTiOPO4进行了损伤阈值实验，得出其损伤阈值为1.13GW/cm2，这对使用KTP晶体在皮秒级脉宽时获得最佳非线性转换而可能实现的功率密度提供了参考依据。     

双磷酸氧钛钾晶体倍频特性的实验研究

为了研究双块磷酸氧钛钾(KTiOPO4,KTP)晶体串接倍频对于提高绿光倍频激光器的转换效率的作用,采用长度分别为6mm,8mm和15mm的3块KTP晶体两两串接组合进行了实验验证,绘制了单块晶体倍频和双块晶体串接倍频时的转换效率曲线,并对其进行了比较分析。结果表明,基频光功率密度从520MW/cm2到750MW/cm2时,双块KTP晶体正交串接倍频不仅比双块KTP晶体平行串接倍频的转换效率高近10%,而且比长度是两块晶体之和的单块长KTP晶体的倍频转换效率高近30%。这一实验结果对于提高绿光倍频激光器的转换效率有一定的意义。     

皮秒激光中KTP晶体灰迹对二次谐波转换效率的影响

高功率激光在KTP晶体中引起的“灰迹”(gray -tracking)现象 ,影响了二次谐波转换效率的进一步提高。本文利用凸 -ARR非稳腔产生的皮秒光脉冲比较和研究了KTP和BBO晶体的倍频转换效率 ,分析KTP灰迹形成对转换效率的影响。腔外倍频实验中 ,分别获得 43 .8%和 3 2 %的转变效率 ;当采用腔内倍频方式 ,其转换效率分别为 5 3 .4%和 70 %。结果指出 :在较低的激光功率下 (小于KTP灰迹产生阈值 )KTP的转换效率高于BBO晶体 ;而在高功率密度情况下 ,由于KTP灰迹的产生 ,使它的倍频转换效率低于BBO晶体。     

光纤激光器对KTP倍频晶体的损伤研究

利用主振荡功率放大(MOPA)结构的光纤激光器倍频KTP晶体,通过移动晶体改变入射激光功率密度的方法研究了KTP倍频晶体的损伤特点.实验显示在重复频率为20kHz的光纤激光器作用下KTP晶体损伤阈值在24 MW/cm 2左右,并观察到损伤晶体都在出光面处被击裂;从光纤激光器的线宽、重复频率等方面对实验结果作了分析,对绿光在KTP晶体损伤中的作用作了阐述;最后给出了提高晶体激光损伤阈值的方法.     

高峰值功率皮秒超短脉冲抽运KTP晶体倍频研究

脉冲光纤激光器具有输出光束质量好、峰值功率高等优势,易于激发晶体内部的非线性效应。晶体非线性效应能够将光纤激光的近红外输出波段变换至深紫外或中红外等波段。利用实验室自主搭建的中心波长为1064nm,脉宽为650ps的脉冲光纤激光器抽运KTP(磷酸钛氧钾)晶体,实现了高功率超短脉冲对1064nm激光的单程倍频,输出532 nm激光。将脉冲宽度由650 ps压缩至1 ps后,抽运激光的峰值功率密度达到24.97GW/cm2,有效地将单程倍频转换效率从0.8%提高到8.4%。研究了不同平均功率、脉宽、光斑直径的超短脉冲下KTP晶体的倍频效率,验证了未来在振荡腔结构下实现KTP晶体高效倍频的可行性。     

KTP倍频晶体增透膜的改进

为了改进KTP晶体倍频增透膜的镀膜质量,采用SiO2代替原来使用的MgF2材料作外层膜并重新设计了膜系。实验结果表明,运用上述技术将镀有1064nm和532nm增透膜的KTP倍频晶体应用在高功率Nd:YAG激光器中,当重复频率lkHz、脉宽25ns、基波功率密度高达450MW/cm2时,没有观察到KTP晶体表面激光损伤,膜层表面抗激光损伤和光学性能都得到提高。     

63 W灯抽运声光调Q腔内KTP倍频Nd:YAG激光器

报道了输出532 nm平均功率为63 W的灯抽运声光(AO)调Q腔内KTP倍频Nd∶YAG固体激光器.分析双灯抽运金属镀金腔结构、抽运均匀性以及KTP倍频晶体的冷却均匀性及可靠性,并设计一种可靠性高的倍频晶体冷却装置.激光谐振腔采用L型腔结构,通过对声光调制器频率和倍频晶体温度对输出倍频激光功率影响的实验研究,得到激光器工作的最佳几何腔长为549 mm.在抽运功率为4.9 kW,声光调制频率为4 kHz时,532 nm倍频激光最大输出44 W,脉宽为80 ns;声光调制频率为10 kHz时,532 nm倍频激光最大输出为63 W,脉宽为140 ns,倍频效率为64%,总电-光效率为1.2%,光束质量为M2＝11.1.     

Mg：Zn：LiNbO3晶体光损伤和倍频性能的研究

以Czochralski技术生长Mg(3%):Zn:(x%):LiNbO3(x=1,2,3)(摩尔分数).测试晶体光损伤阈值,Mg(3%): Zn(3%):LiNbO3晶体光损伤阈值比LiNbO3晶体提高了2个数量级以上.测试晶体红外光谱Mg(3%):Zn(3%);LiNbO3晶体OH-吸收峰位置由LiNbO3的3 482 cm-1移到3 532 cm1,即晶体掺杂达到阈值浓度.采用角度匹配,测试晶体的倍频转换效率.激光功率密度很高时,晶体出现暗迹,倍频转换效率下降,暗迹是由倍频光引起,与基频光无关.氧化的晶体可以减弱暗迹.对晶体光损伤阈值的增强,OH-吸收峰的移动,暗迹产生的机理进行阐述和研究.     

KTP晶体能量损伤阈值的实验研究

给出了 KTP晶体在 10 ns～ 10 ms不同脉冲宽度的 Nd:YAG激光作用下的能量损伤阈值。参考前人的工作 ,得到了 KTP晶体在 1ns到 CW激光作用下的能量损伤阈值曲线。其结果为在各种不同脉宽下使用 KTP晶体获得最佳非线性转换而可能实现的功率密度提供了参考依据。     

KTP晶体倍频器件的1.064μm和0.532μm双波长增透膜

本文介绍KTP(KTiOPO4)倍频晶体端面等厚度三层倍频双波长增透膜的设计和制备工艺。该膜系结构和制备工艺简单,重复性好,在1.064μm和0.532μm的剩余反射率做到0.15%～0.20%。