利用QPM-OPO的调谐特性精确测定晶体的极化周期

利用准相位匹配(QPM)光学参量振荡器(OPO)的角度和温度调谐特性来精确测定晶体的极化周期。以1064．3nm Nd：YVVO4全固态激光器泵浦的周期极化LiNbO3(PPLN)-OPO为研究对象,测量、计算了3块PPLN的极化周期。通过理论温度调谐曲线与实验曲线的对比证明,此方法是一个精确测定PPLN极化周期的有效方法。     

PPLN晶体实现2m激光输出的理论分析

为了实现2m激光输出,采用周期性极化铌酸锂(PPLN)晶体用于光参变振荡(OPO)产生2m激光的方法,从PPLN晶体的Sellmeier方程出发,考虑三波相互作用需满足的动量守恒和能量守恒条件,进行了理论分析和数值计算,得到在120℃时,PPLN晶体的极化周期为31.35m的理论值;绘制出了输出波长与极化周期、输出波长与入射角的关系曲线;并从相位同步因子sinc2(Kl/2)出发,分别计算了允许角、允许周期、允许温度.结果表明,此方法不仅克服了利用双折射特性和色散特性方法带来的走离效应,而且还充分利用了晶体的最大有效非线性系数,从而理论上提高了转换效率.该理论分析为PPLN-准相位匹配-OPO输出2m激光的下一步实验奠定了基础.     

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PPLN的中红外CW QPM-OPO技术发展综述

光学参量振荡器(OPO)是利用非线性晶体的混频特性实现频率变换器件,是获得可调谐相干光的有效途径之一.准相位匹配(QPM)OPO产生的红外波段光在红外军事对抗、大气环境监测、医学、特殊环境远距离监控以及光谱学研究等诸多领域有重要的应用价值.而连续(CW)周期性极化铌酸锂(PPLN)OPO是3-5μm中红外大功率连续激光源的最佳选择.本文阐述了QPM技术的原理和特点,综述了中红外CWOPO的发展状况,重点放在CWPPLN OPO技术的发展上,并指出了其发展趋势及应用前景.     

基于PPLN的中红外CW QPM-0P0技术发展综述

光学参量振荡器(OPO)是利用非线性晶体的混频特性实现频率变换器件,是获得可调谐相干光的有效途径之一。准相位匹配(QPM)OPO产生的红外波段光在红外军事对抗、大气环境监测、医学、特殊环境远距离监控以及光谱学研究等诸多领域有重要的应用价值。而连续(CW)周期性极化铌酸锂(PPLN)OPO是3—5μm中红外大功率连续激光源的最佳选择。本文阐述了QPM技术的原理和特点,综述了中红外CWOPO的发展状况,重点放在CWPPLNOPO技术的发展上,并指出了其发展趋势及应用前景。     

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。     

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。     

紧凑型MgO:PPLN宽波段可调谐连续光参量振荡器

报道了基于掺MgO周期极化铌酸锂（MgO:PPLN）晶体的可调谐连续光参量振荡器。该光参量振荡激光器采用了多周期可调谐的MgO:PPLN作为非线性光学晶体,Nd:YVO4为激光晶体的紧凑型半导体激光端面抽运直线腔系统。实验中采用的MgO:PPLN晶体包含28.5~31.5 m之间的7个极化周期,相邻极化周期的间隔为0.5 m。通过调节7个极化周期实现信号光波长1.43~1.67 m和闲频光波长2.93~4.16 m的激光调谐输出。对同一温度下不同极化周期对应的输出波长进行理论计算,与实验结果符合较好。对比分析了输出功率随着不同极化周期和抽运功率的变化关系。当半导体激光入射抽运功率为15.4 W,在31 m极化周期和35℃的控制温度下,最高获得了2.94 W的1 595 nm信号光和1.45 W的3 190 nm闲频光,对应的光光转换效率达28.5%。     

基于MgO:PPLN晶体的中红外光参量振荡器的数值计算与分析

本文计算分析了基于准相位匹配技术的光参量振荡器的输出波长,其中振荡器所用的非线性晶体是极化周期为26-31μm(每个极化周期之间间隔为0.5μm)的MgO:PPLN晶体,晶体温度控制在40-200°C范围内,振荡器的泵浦波长为1.064μm。计算出输出波长为1.355-1.735μm(信号光范围)和2.75-4.948μm(闲频光范围),并分析了在该振荡器中极化周期、晶体温度和输出波长之间的关系。     

PPLN晶体中不同非共线结构光参量放大过程的带宽与增益特性

利用非共线相位匹配方法,研究了不同极化周期和不同非共线结构下周期极化铌酸锂晶体(PPLN)中的光参量放大(OPA)带宽与增益特性.光谱带宽和增益通过对相位失配进行泰勒级数展开并保留到二阶级数项得到,在计算过程中考虑到了晶体极化周期、非共线入射结构、PPLN晶体长度以及抽运光强度的影响.计算结果表明,参量带宽和增益带宽具有相似的特性,而且PPLN晶体的周期和非共线入射结构会对光参量放大的光谱带宽产生一定的影响,在同一波长处,通过调节晶体周期或非共线结构可以获得更大的带宽.在对增益的研究过程中发现,与增加抽运光强度相比,增加晶体的长度能更有效地增强参量增益,但是PPLN晶体的周期和非共线入射结构对增益几乎没有什么影响.     

光学参量振荡器的相位匹配

基于非线性昌体的相位匹配理论，计算了比较典型晶体的调谐曲线，并且详细分析比较了各类光学参量振荡器的相位匹配过程，对周期性极化铌酸锂的准相位匹配理论进行了全面的论述。     

精确测量若干种常用二极化χ(2)光学晶体非线性折射率

采用光谱分辨的双光束耦合方法 ,精确测量了 KDP,KTP,PPLN,BBO,L BO及 Li IO3等常用χ 2 非线性光学晶体的非线性折射率 .实验测量工作使用 80 0 nm工作波长的克尔透镜锁模钛宝石激光振荡器     

Broadband mid-infrared generation with two-dimensionalquasi-phase-matched structures

We report the use of highly elliptical pump beams to generate broadband, spatially-chirped mid-infrared light in periodically poled lithium niobate (PPLN). We fabricated PPLN crystals with a fan-out grating period varying continuously from 25.5 to 31.2 μm across a 15-mm width and pumped them in both optical parametric generator and monolithic optical parametric oscillator configurations with a Q-switched Nd:YAG laser. Although the fan-out grating pattern is typically thought of as a continuously varying 1-D quasiphase-matched (QPM) structure, the elliptical pump beam illuminates the full 2-D structure of the fan. The phase-matching and gain characteristics of the crystals prefer noncollinear optical parametric generator operation for elliptical pump beams; however, collinear operation was achieved with polished plane- parallel crystal endfaces such that the Fresnel reflections set up a low- finesse monolithic cavity in the crystals themselves. The generated signal and idler beams were spatially chirped in the near field and angularly chirped in the far field while covering spectral bands as large as 1250 cm^-1. With a simple modification, this system also offers an easy way to generate broadband optical frequency combs across the signal and idler spectral bands. We also present theoretical and modeling considerations for large-aperture pumped or flood illuminated 2-D QPM structures. The Fourier transform of the spatial variation in the nonlinear coefficient in a crystal generates a 2-D map of available grating vectors in wave vector mismatch space. This method can be used to glean phase-matching information from complicated 2-D structures that would be difficult to analyze using other methods     

基于准相位匹配PPLN黄绿激光器的研究进展北大核心CSCD

560~600 nm黄绿色激光是共焦显微镜、流式细胞术、皮肤和牙科医疗、皮肤美容、精密光谱学、大气激光雷达、激光多普勒测速和其他生物成像设备的理想光源,它也是激光治疗复杂眼科疾病和癌症的最佳光源。非线性频率变换技术(和频与倍频)是获得高效、稳定、紧凑黄绿光激光器是一种有效可行的方法。本文综述了基于准相位匹配PPLN、PPMgLN晶体的黄绿激光器各个类型、输出参数、性能以及发展趋势。     

基于PPLN晶体的飞秒OPA中的非共线位相和群速度匹配

研究了基于二阶极化率周期性反转铌酸锂 (PPLN)晶体的飞秒光参量放大器 (OPA)中的非共线位相和群速度匹配 ,由于其具有准位相匹配结构 ,非共线匹配方式不同于以BBO为代表的传统晶体。分别讨论了非临界位相匹配PPLN和倾斜PPLN两种情况下的匹配过程     

Pulsed optical parametric generation, amplification, and oscillation in monolithic periodically poled lithium niobate crystals

We conducted a series of passively Q-switched Nd:YAG laser pumped optical parametric generation, amplification, and oscillation experiments in monolithic periodically poled lithium niobate (PPLN) crystals. Double-pass optical parametric generation with an effective gain length of 10 cm in a PPLN crystal was performed in comparison with single-pass operation in the same crystal. By seeding a PPLN optical parametric amplifier with a distributed feedback (DFB) diode laser, we produced 200-ps transform-limited laser pulses at 1549.6 nm and observed parametric gain competition at different pump levels. For optical parametric oscillations, we first demonstrated 22% power efficiency from a 2.4-cm intrinsic-cavity PPLN optical parametric oscillator pumped by a 4.2-ns, 10-kW passively Q-switched Nd:YAG laser. Preliminary studies on DFB optical parametric oscillators in PPLN are mentioned. The temporal and spectral properties of these optical parametric generators, amplifiers, and oscillators are characterized and discussed.     

基于周期极化晶体的QPM-SHG技术发展及其应用

随着新型高质量的非线性晶体的出现,准相位匹配技术成为非线性频率变换的最有效的方法。从周期极化晶体准相位匹配二次谐波发生器（QPM-SHG）的基本原理出发,简要介绍了实现周期极化晶体的方法和技术,总结了准相位匹配技术在光子学微结构晶体材料和波导材料中的最新研究进展和发展趋势,展望了用微结构波导QPM-SHG实现飞秒光纤光源的发展应用前景。     

GaP,GaAs和PPLN晶体级联差频产生太赫兹辐射

研究周期极化磷化镓晶体(GaP)、砷化镓晶体(GaAs)和周期极化铌酸锂晶体(PPLN)准相位匹配级联差频产生太赫兹辐射,相较于差频过程,级联过程太赫兹辐射输出功率增大9.5倍。通过分析三波耦合方程,计算并比较晶体的波矢失配量、极化周期和太赫兹功率,结果显示,基于GaP晶体产生的太赫兹功率略大于GaAs晶体输出的功率;GaAs晶体的极化周期最小;PPLN晶体的波矢失配量和极化周期取值范围最小,而输出的太赫兹功率和转换效率最高。建立基于周期极化掺氧化镁铌酸锂晶体(MgO:PPLN)准相位匹配原理的宽调谐激光系统,分析吸收因子对输出太赫兹功率的影响,计算级联差频峰值功率和转换效率。十五阶峰值功率3.72 MW,泵浦光总能量到太赫兹辐射能量的转换效率是3.72%。     

Nonlinear modes, resonant trapping, and soliton emission in engineered PPLN structures

We investigate nonlinear waveguiding effects, due to second-order nonlinearity, in quasi-phase-matching (QPM) structures in periodically poled lithium niobate (PPLN) with engineered patterns. We specifically study the existence and the propagation of pure nonlinear guided modes in QPM gratings with different domain lengths in different transverse regions of the medium, without any waveguiding effect due to linear refractive index changes. On one hand, the obtained results enlighten the possibility of soliton operation at lower intensity thresholds than in standard not-tailored PPLN structures. On the other hand, in such nonlinear engineered structures, we reveal the presence of intensity-dependent attractive and repulsive potential wells that can be exploited for soliton control (resonant trapping and emission) in quadratic nonlinear media.