高转换效率单谐振连续波近红外光学参量振荡器

提出了一种高功率及高转换效率的可调谐连续波近红外外腔单谐振光学参量振荡器。为了获得短波段近红外可调谐激光光源,基于准相位匹配晶体的光学参量振荡技术是其中一项有效的技术手段。光学参量振荡器采用连续波532 nm激光器作为泵浦源,掺杂氧化镁的周期性极化化学计量比钽酸锂（MgO:sPPLT）晶体作为准相位匹配晶体,通过在周期调谐的基础上再结合温度调谐的组合调谐方式,在8.3~8.6 μm的4个极化周期内实现了信号光807~879 nm和闲频光1352~1567 nm近红外宽波段的无跳模可调谐激光输出。通过闲频光单谐振设计,当泵浦功率5.4 W时,在8.6 μm周期处,获得了3.1 W的821 nm的近红外信号光输出,实现了57.4%的信号光光-光转换效率。当泵浦功率达到13.6 W时,在8.6 μm周期处,获得了6.8 W的高功率输出。     

绿光泵浦的黄光波段可调谐窄线宽光学参量振荡器

为实现波长可调谐的窄线宽黄光波段激光输出,设计搭建了以倍频声光调Q Nd:YAG激光器的532 nm脉冲绿光输出为泵浦源、以II类相位匹配磷酸钛氧钾（KTP）晶体为非线性介质的折叠腔光学参量振荡器（OPO）。首先产生腔内振荡的近红外可调谐闲频光,在此基础上基于LBO晶体I类非临界相位匹配方式对OPO的闲频光进行内腔倍频,得到波长调谐范围587.2~595.2 nm的黄光波段输出。为改善OPO光谱特性,在OPO闲频光谐振腔内插入熔融石英标准具,有效压缩了OPO输出黄光的光谱线宽。绿光泵浦源脉冲重复频率10 kHz、平均功率24.0 W下在波长591.2 nm处获得了最高黄光输出功率2.89 W,光束质量因子M2=3.4,从532 nm泵浦光到黄光输出的转换效率为12.0%,脉冲宽度37 ns,对应峰值功率7.8 kW。此时黄光光谱半高全宽为0.15 nm,相比未在OPO腔内插入标准具自由运转状态下的光谱得到明显改善。     

基于光学参量振荡器的高分辨率CARS光谱研究

提出了一种基于三硼酸锂（LBO）晶体的飞秒绿色泵浦光学参量振荡器（OPO）,其采用飞秒525 nm绿光光纤激光器作为泵浦源。OPO产生的信号光其可调谐的光谱范围由780～940 nm,光功率可达到250 mW以上;闲频光可调谐范围从1630～1190 nm,光功率可达到300 mW以上。利用本系统可在波数为1330 cm－1和6650 cm－1之间进行相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）光谱测量。由于脉冲啁啾,光谱分辨率达到100 cm－1,与时间带宽限制脉冲激励源相比,分辨率达到后者的2.5倍。     

大功率准连续355nm紫外全固态激光器的研究

报道了一台激光二极管(LD)侧面抽运Nd:YAG腔内倍频与和频准连续355 nm紫外激光器。采用双头Q开关调制的LD侧面抽运Nd:YAG激光器,通过在腔内置入I类非临界相位匹配的三硼酸锂(LBO)晶体进行倍频获得532 nm波长准连续激光,置入两块II类相位匹配的LBO晶体对基频光和倍频光进行两次和频,从而获得了大功率准连续355 nm紫外激光输出。在注入电功率为939.6 W、重复频率为8 kHz时,355 nm激光最大输出功率为15.3 W,脉宽为90 ns,总转换效率为1.63%,其光束质量M2x,M2y分别为4.23和4.56,功率不稳定度为±2.7%。     

外腔全固态连续波PPMgLN光学参量振荡器与受激拉曼散射

利用1064nm波长的全固态连续Nd:YVO4激光器作为抽运源,采用周期调谐技术,对PPMgLN晶体准相位匹配的全固态连续波光学参量振荡器(CW OPO)宽波段连续调谐输出特性和伴随输出的受激拉曼(Raman)散射进行研究。实验在多周期PPMgLN晶体的基础上,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 OPO实现了信号光在1435.9～1670.2nm近红外波段和闲频光在4185.0～2970.4nm中红外波段连续调谐输出;在30.5μm周期处,抽运功率达到11.79W时,获得最大总输出功率4.29W,光光转换效率达到36.4%;在28.5、30.0、30.5μm处同时有受激Raman散射光伴随输出;增加Raman散射的损耗,可以提高CW OPO闲频光的输出功率,在3451nm处获得最大输出功率1.98 W,光光转换效率达到16.8%。实现了外腔式全固态CWPPMgLN OPO在信号光和闲频光波段的高功率连续调谐输出,伴随输出的Raman散射对CW OPO的闲频光有重要影响。     

II类非临界相位匹配下近红外波段的差频产生器

报道了一个利用差频技术(DFG)产生近红外的装置。在此系统中1.064 μm半导体激光器作为信号光和0.56~0.71 μm染料激光器作为泵浦光,通过三硼酸锂晶体(LBO)在非线性相互作用下产生较高功率的可调谐近红外激光,其波长范围为1.4~2.2 μm。通过温度调谐非临界相位匹配(NCPM)技术,在II类相位匹配方式下实现差频发生器。其平均输出功率为35 mW以上。在1.6 μm近红外波段激光的转化效率可达到12.2%,具有宽调谐、窄线宽的特点,具有较为广泛的应用范围。     

基于周期极化铌酸锂晶体的高功率可调谐光参量振荡器

研究了镁掺杂周期极化铌酸锂晶体光学参量振荡(PPMgLN-OPO)产生高功率、高重复频率中红外激光的特性.采用半导体激光器(LD)抽运的声光调Q Nd:YAG激光器,1064 nm准连续激光功率最大输出为7.8 W,重复频率5～50 kHz.产生1064 nm调Q光,抽运周期为30.7 μm的掺氧化镁(摩尔分数为5%)周期性极化铌酸锂晶体,温度变化范围为40～200℃,实现了短腔双谐振红外高功率激光输出.实验中近红外激光波长调谐范围为1570～1676 nm,最高输出功率613 mW;中红外输出波长范围为2942～3300 nm,中红外光平均功率也达到了百毫瓦级,信号光单脉冲能量达40 μJ;光-光(LD-信号光)转换效率为3.4%.     

可调谐全固态Nd:YVO4/LBO倍频连续671nm环形激光器

描述了一种可调谐全固态Nd:YVO4/LBO倍频连续671nm环形激光器的结构参数和相关实验研究。激光器采用四镜环形腔结构,利用880nm激光二极管(LD)端面抽运YVO4-Nd:YVO4复合晶体和Ⅰ类相位匹配的LBO倍频方式,加入TGG旋光器和λ/2波片组成的光学单向器实现单向运转,通过对法布里-珀罗(F-P)标准具角度和腔镜压电晶体电压的调节实现了激光输出波长671nm附近的调频。在抽运功率为23W,吸收抽运功率为14.5W时,输出单频671nm连续红光最高功率为1.08W,光-光转换效率为7.4%;加标准具调谐时,获得了最高功率为738mW的可调谐红光输出。     

利用MgO-PPLN实现同步泵浦的飞秒光参量振荡器

介绍了由锁模钛宝石激光器同步泵浦的飞秒光参量振荡器,所用的非线性晶体为掺氧化镁的周期极化铌酸锂晶体(MgO-PPLN).通过改变泵浦光的中心波长和OPO腔长,信号光的调谐范围为1.1～1.3μm.当泵浦激光的功率为900 mW时,在1 225 nm处获得最大的输出信号光功率为130 mW,对应着22.1%的光子转换效率.利用强度自相关的方法测得信号光的脉冲宽度为167 fs.     

连续波可调谐内腔光学参量振荡器及橙红光源

报道了利用半导体激光器(LD)端面抽运的钒酸钇(Nd∶YVO4)激光器作为抽运源,多周期周期极化铌酸锂(PPLN)为非线性晶体的连续波内腔光学参量振荡器(OPO)及基于此的连续波可调谐橙红光光源。为实现OPO的连续波运转,采用了内腔抽运方式,并对谐振腔进行了合理设计。实验得到调谐范围1406~1513 nm的信号光及3.66~4.1μm的中红外闲频光连续波输出,在10.9 W的LD功率下,最大输出功率分别为输出波长1500 nm处的820 mW和3.86μm处的195 mW,相对LD功率的转换效率分别为7.5%和1.8%。利用BaB2O4(BBO)晶体对OPO的1064 nm抽运光和1.4~1.5μm信号光进行内腔和频,获得了调谐范围606~624 nm的橙红波段连续波输出,最大输出功率为624 nm处的120 mW,转换效率为1.1%。     

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%。     

11.8 W高效率掺氧化镁的周期极化铌酸锂晶体光参量振荡2.7 μm激光器

报道了采用1064 nm激光椭圆光斑抽运掺氧化镁的周期极化铌酸锂(PPMgLN)晶体准相位匹配(QPM)技术实现2.7 μm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晶体周期为31.3 μm时可获得中红外波长2.7 μm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和利用了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78 W,声光Q开关工作频率8 kHZ的条件下,获得了平均功率11.8 W,波长2.72 μm的激光输出,斜率效率19.5%,对应闲频波长1.75 μm激光输出功率约24 W.2.7 μm激光水平方向和垂直方向光束质量M2因子分别为2.04和5.56.     

掺镱脉冲光纤激光器抽运的高功率PPMgLN光参变振荡器

报道了研制主振-放大（MOPA）结构的高功率保偏掺镱脉冲光纤激光器并用其抽运光参变振荡器（OPO）的研究工作。掺镱脉冲光纤激光器以声光调Q的Nd∶YVO4激光器作为种子源, Liekki的大直径双包层保偏光纤作为放大介质, 得到接近基模的1064 nm波长激光输出, 最大线偏振输出功率17 W, 偏振消光比优于10 dB, 重复频率50 kHz, 脉冲宽度60 ns。利用该光纤激光作为抽运光, 抽运基于周期性畴极化反转掺镁铌酸锂（PPMgLN）晶体的宽带可调谐OPO, 实现了高效参量转换。在信号光1518 nm通道, 以16.2 W功率抽运, 获得最大参变输出功率9 W, 其中3.5 μm波长功率为2.4 W。OPO的能量转换效率为58%, 斜效率为68％。在信号光1491 nm通道, 以14 W功率抽运, 获得最大参变输出6.6 W, 其中3.7 μm波长功率超过2 W。     

LD抽运Nd∶YVO_4/LBO腔内和频橙黄光连续激光器

报道了一种激光二极管抽运Nd∶YVO4晶体、腔内Ⅰ类临界相位匹配LBO和频、连续波输出的全固态橙黄色激光器的设计和实验结果。橙黄色激光由Nd∶YVO4晶体的1064nm和1342nm谱线腔内和频产生,输出波长为593.5nm。实验采用了双镜谐振腔结构,在1.6W的808nm注入抽运功率下,获得了最高功率为84mW连续波TEM00的橙黄色低噪声激光输出,光-光转换效率为5.3%,光束质量因子M2<1.2。实验和分析表明,采用激光二极管抽运Nd∶YVO4晶体、LBOⅠ类临界相位匹配腔内和频是获得橙黄色激光的实用方法,并可以应用到Nd∶YVO4晶体的其它谱线或具有多条谱线的其它激光增益介质,获得更多不同颜色的单谱线激光输出。     

LD抽运Nd:YVO4/LBO腔内和频橙黄光连续激光器

报道了一种激光二极管抽运Nd:YVO4晶体、腔内Ⅰ类临界相位匹配LBO和频、连续波输出的全固态橙黄色激光器的设计和实验结果。橙黄色激光由Nd:YVO4晶体的1064nm和1342nm谱线腔内和频产生,输出波长为593.5nm。实验采用了双镜谐振腔结构,在1.6W的808nm注入抽运功率下,获得了最高功率为84mW连续波TEM00的橙黄色低噪声激光输出,光-光转换效率为5.3%,光束质量因子M21.2。实验和分析表明,采用激光二极管抽运Nd:YVO4晶体、LBOⅠ类临界相位匹配腔内和频是获得橙黄色激光的实用方法,并可以应用到Nd:YVO4晶体的其它谱线或具有多条谱线的其它激光增益介质,获得更多不同颜色的单谱线激光输出。     

LD端面抽运全固态声光调Q228.5nm深紫外激光器

采用三镜折叠V型谐振腔、声光调Q技术和三硼酸锂（LBO）晶体,对二极管端面抽运Nd∶YVO₄的914 nm基频光进行腔内倍频,实现了457 nm激光输出,利用I类相位匹配偏硼酸钡（BBO）晶体对457 nm蓝光进行腔外倍频,获得了228.5 nm深紫外激光。当抽运功率为17 W时,获得了平均功率为10 mW的228.5 nm深紫外激光输出,脉冲宽度为64.26 ns,重复频率为10 kHz。2 h内的激光输出稳定度为±2%。     

连续调谐输出的多周期极化铌酸锂晶体光学参量振荡器

对基于多周期极化铌酸锂晶体(PPLN)的信号光单谐振准相位匹配光学参量振荡器(QPM—OPO)，进行了温度调谐的理论和实验研究。以激光二极管(LD)端面抽运的声光调Q Nd：YVO4全固态激光器为抽运源，获得了1369．7～1678．8nm无重叠波段连续可调谐输出。给出了1064nm Nd：YVO4激光器抽运下，由PPLN的极化周期和温度直接计算输出信号光波长的公式，以及由信号光波长和极化周期计算相应的晶体温度的公式。这样就可直接计算实现无重叠波段连续可调谐输出时不同极化周期所对应的温度调谐范围，而不必联立能量守恒和动量守恒公式，逐点进行尝试。另外，周期极化晶体的极化周期不可避免地较理想值有一定的偏移，且具有不均匀性，给出了利用实验获得的温度调谐曲线，对极化周期进行修正计算的方法。     

1.06 μm抽运的低阈值三共振准相位匹配光学参量振荡器

在利用模清洁器改善全固化单频Nd∶YVO4激光器输出激光质量的基础上 ,利用准相位匹配 (QPM )技术抽运三共振周期性极化铌酸锂晶体组成的光学参量振荡器 (PPLNOPO) ,在低至 1 5mW的阈值抽运功率下获得2 1μm的近简并下转换光输出 ;当抽运功率为 6mW时 ,输出 0 9mW下转换光 ,光 光转换效率为 15 %。     

瓦级546.3nm全固态腔内和频激光器

为了获得瓦(W)级546 nm波段的连续激光输出 ,采用高功率激光二极管(LD)端面泵浦Nd:YAG激光晶体,通过谐振腔反射镜膜系的特殊设计,在单通道双共振腔 内获得Nd:YAG激光器的1073.8nm和1112.1nm两条谱线同时运转,并通过在腔内插入非线 性 光学晶体三硼酸锂(LBO)进行腔内和频,获得546.3nm绿光连续输 出。当抽运光功 率为24W时,输出的546.3nm绿光功率高达1.58W,其光-光转换效 率为6.6%。调节LBO 方位角,还可以分别获得1073.8nm和1112.1nm的倍频光537nm和556nm输出。     

BBO晶体Ⅰ类相位匹配从可见光到近红外光宽带参量放大的带宽研究

超快激光的应用,需要有高功率、窄脉宽和宽调谐的激光光源。飞秒光参量放大是产生可调谐、短至几个飞秒光脉冲的一种重要方法。为获得极窄的飞秒光脉冲,飞秒光参量放大器就应该有尽可能大的本征带宽。理论研究了BBO晶体在Ⅰ类非共线相位匹配条件下的宽带参量放大特性。将多色相位匹配技术应用于飞秒光参量放大,推导出信号光带角色散时的宽带运转条件。分别介绍了从可见光到近红外光选取合适的参数实现宽带运转的方法。基于400nm蓝光抽运的BBO晶体光参量放大器(OPA),系统地分析了非共线角和信号光角色散值对相位失配和参量带宽的影响。研究结果表明选取适当非共线角和在近红外光中引入适当的角色散可极大提高参量带宽。