温度调谐准相位匹配光学参量振荡器

对准连续泵浦的准相位匹配(QPM)光参量振荡器(OPO)进行了实验研究。利用二极管(LD)泵浦的Nd：YAG激光器，泵浦周期为29μm的周期极化LiNbO3(PPLN)晶体，得到信号光(1500nm)的高输出功率(平均功率＞100mW)，并且通过调谐晶体温度(80—250℃)，获得了信号光输出波长的调谐范围为1．48一1．54μm。     

高效率宽调谐扇形MgO:PPLN中红外光参量振荡器

3～5μm的中红外激光位于大气窗口，在环境监测、军事、医疗、遥感等诸多领域有着重要的应用。利用纳秒量级的1 064 nm调Q激光器泵浦扇形掺氧化镁周期极化铌酸锂(MgO:PPLN)，设计了一种高效率、宽调谐纳秒中红外激光输出光学参量振荡器(Optical parametric oscillator, OPO)。通过降低泵浦光的重频，有效地减小了OPO的振荡阈值，在10 kHz的泵浦重频下，OPO阈值为0.4 W。在泵浦功率为4.68 W，晶体极化周期为30.47μm的条件下，获得了0.833 W的3.4μm中红外激光输出，对应的光光转换效率为17.8%。实验研究了不同极化周期下的输出波长，实验结果与理论模拟值较为吻合。通过横向移动MgO:PPLN晶体改变其极化周期，在31.05～28.8μm的调节范围内获得了1 440.7～1607.0 nm的信号光及3 171.1～4 088.1 nm的闲频光输出，其中信号光的脉宽约为8.1 ns。     

基于准相位匹配的掺铒飞秒光纤激光器倍频特性研究

研究了不同厚度周期极化铌酸锂晶体(PPLN)对掺铒飞秒光纤激光器倍频特性的影响。基于非线性偏振旋转锁模原理和啁啾脉冲放大技术,在1560 nm波段实现了重复频率为100 MHz,输出功率为423 m W,脉冲宽度为80 fs的掺铒飞秒光纤激光输出。以此为基频光源,对0.5,1,10 mm三种不同厚度PPLN倍频晶体进行倍频特性研究,实现了波长在780 nm的飞秒激光输出。其中采用0.5 mm晶体时获得了功率为100.4 m W、脉冲宽度为104 fs的倍频光输出,倍频转换效率为23.7%;采用1 mm晶体时获得了功率为165.0 m W、脉冲宽度为161 fs的倍频输出,倍频转换效率为39%;采用10 mm晶体时获得了功率为185.5 m W,脉冲宽度为305 fs的倍频光输出,倍频转换效率达43.7%。并解释了倍频转换效率和倍频光脉冲宽度随PPLN晶体厚度的变化规律。实验数据为基于锁模光纤激光器产生780 nm波段飞秒光脉冲的研究提供了有益的参考。     

基于PPLN光波导的全光波长转换技术

文章从理论和实验两方面论述了一种新颖的基于无源光波导的级联二阶非线性效应型全光波长转换(AOWC)技术，采用50mm长的周期域反转LiNBO3(PPLN)光波导，实现了在1．55μm波段的超过70nm的波长转换带灾，并验证了其多波长信道同时转换的能力。     

硅锗脊型波导在中红外波段的连续光宽带波长转换

提出了一种基于硅锗(Ge-on-Si,GOS)的新型亚微米光波导,通过调节二阶色散对此波导的结构进行了优化设计,研究了其在波长为3~6μm间的连续光波长转换性能.数值结果表明,在脊宽2.8μm、脊高1.6μm,平板厚度0.48μm的优化结构下,当泵浦光波长在靠近二阶零色散点的负色散波长区时可以实现高转换效率宽带中红外波长转换,3 d B转换带宽可达到1664 nm,在0.05 GW/cm2的泵浦光功率密度下,最大转换效率可达到-2.479 d B.该波导在中红外波段具有波长转换带宽大、转换效率高的优点,在未来空间光子网络与通信方面具有潜在的应用前景.     

周期极化反转铌酸锂光波导的新特性和新应用

周期极化反转铌酸锂(PPLN)光波导以其响应速度超快和无自发辐射噪声影响等独特优点在高速全光信号处理中表现出优越性能并获得广泛应用.传统上主要利用PPLN光波导对比特速率和调制格式透明的特性实现全光波长转换、全光逻辑门和全光码型转换等功能.我们发现PPLN光波导其实也存在其不透明的一面[1].当携带相位信息的信号光置于PPLN光波导准相位匹配(QPM)波长处时,经过级联倍频和差频(cSHG/DFG)信号光中的相位信息在转换空闲光中被擦除.     

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。     

低阈值宽调谐的内腔调QNd∶YVO_4/PPLN光学参量产生

将多周期极化铌酸锂(PPLN)晶体置于激光二极管(LD)端面抽运的声光调QNd∶YVO4激光器谐振腔内,实现了准相位匹配内腔光学参量直接产生(QPM-IOPG)。PPLN晶体长20 mm,利用外加电场极化法制作,极化沿晶体的z向进行。设定声光Q开关重复频率为19 kHz,通过温度调谐和周期调谐,获得了信号光在1384~1541 nm范围内的连续输出,脉冲宽度约为80 ns。在PPLN晶体温度为140℃,极化周期为29μm时,内腔光参量产生的阈值仅为0.93 W,在3 W激光二极管抽运功率下,获得了140 mW的信号光输出;在极化周期为26.5μm时,内腔光参量产生的阈值增大到1.36 W,在3 W激光二极管抽运功率下,获得了105 mW的信号光输出。分析了不同极化周期下阈值和转换效率存在差异的原因,对内腔光学参量产生的阈值进行了理论分析和计算。     

3μm低阈值MgO:PPLN-OPO布拉格体光栅腔谱宽压窄研究

设计了一种双程抽运可调谐光参量振荡器(OPO)。利用1.065μm单频脉冲光纤激光器抽运周期性畴极化掺镁铌酸锂晶体(MgO…PPLN),采用反射式布拉格体光栅压窄振荡信号光,将闲频光的谱宽从自由振荡时的38nm压窄到0.42nm,并将振荡阈值降低至6.7 W,从而获得了高转换效率的中红外激光输出。通过调节体光栅的角度和温度,实现了闲频光230GHz的调谐输出;当闲频光输出功率为2.5 W时,其水平方向和垂直方向的光束质量因子分别为1.8和1.9。     

利用单共振光学参量振荡器产生宽调谐高功率连续单频红外激光

利用自制的高功率连续单频1.06μm激光器抽运基于周期性极化铌酸锂(PPLN)晶体的单共振光学参量振荡器(SRO),实验产生了宽调谐高功率连续单频红外激光。通过控制改变PPLN晶体的极化周期和温度,连续单频信号光和闲频光波长分别可从1.45μm调谐到1.79μm和从2.62μm调谐到3.99μm。当抽运功率为15.5 W时,1.52μm信号光和3.53μm闲频光的最大输出功率分别为5.1W和2.1W,光光转换效率达46.5%。当SRO自由运转时,信号光和闲频光在4h内实测的功率波动分别小于±2.77%和±2.79%,同时信号光在4h内实测的频率漂移小于±45 MHz。     

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。     

一种高效中红外差频转换用MgO∶PPLN脊波导的设计

针对退火质子交换(APE)MgO∶PPLN波导在中红外差频转换过程中存在模场约束能力弱、模场重叠因子小等问题,提出一种基于反质子交换(RPE)工艺的高效MgO∶PPLN脊波导的设计新方法.采用RPE工艺,使波导区域折射率呈对称分布,有效调控基频光和闲频光模场分布,提高模场重叠因子.仿真结果显示,相比于APE MgO∶PPLN脊波导,该新型脊波导可将基频光和闲频光的基模模场调控至波导中部区域,模场重叠因子由0.271 4μm-1提高至0.461 4μm-1,相应的中红外差频转换效率提高了2.98倍.     

聚合物光波导的模场特性分析

用时域有限差分法(Finite Difference Time-Domain,FDTD)对电光聚合物脊形波导进行了模拟分析,通过改变脊形波导的结构参数(脊高、脊宽、脊高比)来观察波导内的模场分布特性、对模式数量的影响.获得了通过调整脊宽和脊高比等参数,设计单模电光聚合物脊形波导的条件.同时验证了采用FDTD数值算法可以比较精确地模拟计算光波导器件性能.     

小型化宽调谐MgO:PPLN中红外纳秒光参量振荡器

基于光学超晶格的光参量振荡技术是产生2～5μm中红外光源的有效途径,在大气环境监测、医疗诊断、精密光谱分析、光电对抗等领域具有重要的应用价值。针对小型化中红外激光器应用需求,开展了结构紧凑、高效率、宽调谐的纳秒光纤激光泵浦的周期极化掺镁铌酸锂光学超晶格(MgO∶PPLN)光参量振荡器(OPO)的研究。采用1.06μm纳秒光纤激光泵浦多周期(29～31.6μm)MgO∶PPLN晶体,结合周期和温度调谐,实现了闲频光2.37～4.01μm连续调谐中红外激光输出。当泵浦功率为9.95 W时,2.37～3.75μm平均输出功率均大于1.7 W,其中3.4μm平均输出功率最大,相应的功率和光光转化效率分别为3.68 W和37%。重点讨论了在2.4、2.7、3.8和4.0μm处的中红外激光输出特性,最大平均输出功率可分别达到2.87、2.45、1.87和1.22 W,相应的光光转化效率分别为17.2%、19.8%、11.2%和8.6%。本文的研究结果为小型化宽调谐中红外激光器的研发提供了重要的实验依据。     

1064nm泵浦温度调谐PPLN光学参量振荡器

对脉冲泵浦的温度可调准相位匹配(QPM)光学参量振荡器(OPO)进行了研究.LD泵浦的声光调Q Nd:YAG激光器输出的1064nm脉冲激光做泵浦源,极化周期为30.7μm的单周期PPLN做光学参量振荡器的参量晶体,通过控制参量晶体的温度可以得到信号光的波长调谐输出.在LD电流17A得到信号光的平均功率最大为230mW,转化效率达13%.     

高阶布拉格光栅在SOI脊形波导上的光刻制作

在SOI脊形波导上通过光刻的方法制作了高阶布拉格光栅.采用顶层Si厚为2μm的SOI基片,通过半导体芯片制备中的光刻工艺,在脊高为935 nm,波导宽度为2μm的脊形波导上,分别制作了刻蚀深度为565 nm和935 nm的起伏型高阶布拉格光栅,测试表明,在1540～1640 nm波长范围内,得到了大于10 dB的消光比,实现了高阶布拉格光栅在SOI脊形波导上的滤波效果.理论和实验都证明了光栅刻蚀深度的增大将有利于增加高阶布拉格光栅的耦合系数,以及光栅周期数的增加会引起更大的光栅损耗.     

基于绝缘体上硅脊型纳米线光波导方向耦合器的TE/TM偏振分束器

利用有限元方法和时域有限差分方法,优化设计了一种结构紧凑的基于绝缘体上硅脊型纳米线光波导方向耦合器的TE/TM偏振分束器。考虑到方向耦合器的波导间隙较小时制作工艺较为困难,且模式失配会引入一些损耗,因此波导间隙取约100nm较为合适。通过优化脊型纳米线光波导的几何尺寸(脊高和脊宽)、耦合区波导间隙,使得偏振分束器长度最短。数值计算结果表明经过优化的偏振分束器最短长度大约为17.3μm,偏振分束器的消光比大于15dB时,波导宽度制作容差为-20～10nm,带宽约为50nm。     

低阈值宽调谐的内腔调Q Nd:YVO4/PPLN光学参量产生

将多周期极化铌酸锂(PPLN)晶体置于激光二极管(LD)端面抽运的声光调Q Nd:YVO4激光器谐振腔内,实现了准相位匹配内腔光学参量直接产生(QPM-IOPG).PPLN晶体长20 mm,利用外加电场极化法制作,极化沿晶体的z向进行.设定声光Q开关重复频率为19 kHz,通过温度调谐和周期调谐,获得了信号光在1384～1541 nm范围内的连续输出,脉冲宽度约为80 ns.在PPLN晶体温度为140 ℃,极化周期为29 μm时,内腔光参量产生的阈值仅为0.93 W,在3 W激光二极管抽运功率下,获得了140 mW的信号光输出;在极化周期为26.5 μm时,内腔光参量产生的阈值增大到1.36 W,在3 W激光二极管抽运功率下,获得了105 mW的信号光输出.分析了不同极化周期下阈值和转换效率存在差异的原因,对内腔光学参量产生的阈值进行了理论分析和计算.     

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.     

基于和频效应1.5 μm波段新型高速全光波长转换器

基于周期极化反转铌酸锂(PPLN)光波导的和频(SFG)二阶非线性效应,提出并实验验证了1.5-μm波段信号光到抽运光的高速全光波长转换。输入信号光采用重复频率为40 GHz,脉宽为1.57 ps的皮秒脉冲或是40 Gbit/s的非归零(NRZ)码信号,输入抽运光为连续光,输出抽运光变为脉冲光,并且是输入信号光的反向波长转换。