MgO:LiNbO3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800 nm波长的抽运光，信号光波长为1053 nm时，非共线角α优化在1．74°～2°之间；当信号光波长在1046-1067nmnm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。     

MgO:LiNbO3与KTiOAsO4超短中红外光参量放大

比较分析了MgO:LiNbO3(MLN)与KTiOAsO4(KTA)晶体中超短中红外光参量放大的角度调谐、有效非线性系数、群速度失配、晶体长度以及参量放大的转换效率等。结果表明，MgO:LiNbO3晶体的有效非线性系数较大，可用非共线相位匹配方式补偿三波群速度失配，在一定泵浦光强下有利于转换效率的提高。而KTA晶体的有效非线性系数较小，群速度失配严重且不能用非共线相位匹配方式补偿，达到饱和放大所需要的泵浦光功率密度高。在超短中红外光参量放大上，MgO:LiNbO3晶体具有较优的参量耦合性能。     

温度调谐的MgO∶LiNbO3 光学参量振荡器

采用电光调Q Nd∶YAG经KTP晶体倍频得到0. 532μm的激光,泵浦非临界相位匹配的MgO∶L iNbO3 晶体。当光学参量振荡器(OPO)的输出镜采用对剩余泵浦光高反的腔镜时,泵浦阈值有明显的降低,转换效率提高了2个百分点。     

温度调谐的MgO∶LiNbO3 光学参量振荡器

采用电光调Q Nd∶YAG经KTP晶体倍频得到0.532μm的激光,泵浦非临界相位匹配的MgO∶LiNbO3晶体。当光学参量振荡器(OPO)的输出镜采用对剩余泵浦光高反的腔镜时,泵浦阈值有明显的降低,转换效率提高了2个百分点。     

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.     

BBO晶体Ⅱ类相位匹配光参量放大理论分析

理论研究了BBO晶体在Ⅱ类相位匹配下非共线情况时的参量放大特性。计算了在不同非共线夹角下的相位匹配角度。在增益谱分布的模拟计算中发现Ⅱ类匹配具有非常窄的增益带宽，并在其参量带宽的模拟计算中得到了证实。数值模拟了转换效率随晶体长度的变化曲线。分析了抽运光脉冲和信号光脉冲的时间不同步以及初始输入的信号光脉冲形状对转换效率的影响。选择最佳晶体长度和同步时间，最大转换效率可达到25％。研究结果表明BBO的Ⅱ类相位匹配具有非常窄的参量带宽和增益带宽，这对于窄带的激光参量放大的研究有重要意义，并拓宽了BBO晶体在光参量放大技术中的用途。     

BBO晶体Ⅰ型非共线相位匹配参量放大研究

理论研究了BBO晶体在Ⅰ型相位匹配下非共线情况时的激光参量放大特性。研究结果表明 ,对于一定波长的抽运光 ,存在一定的非共线入射角对应一定波长的信号光 ,使在较高的激光增益下增益带宽最大 ,同时温度的调谐也对增益谱的形状有部分影响。这对于短激光脉冲的激光参量放大的优化具有重要意义。     

BBO晶体类相位匹配光参量放大理论分析

理论研究了 BBO晶体在 类相位匹配下非共线情况时的参量放大特性。计算了在不同非共线夹角下的相位匹配角度。在增益谱分布的模拟计算中发现 类匹配具有非常窄的增益带宽 ,并在其参量带宽的模拟计算中得到了证实。数值模拟了转换效率随晶体长度的变化曲线。分析了抽运光脉冲和信号光脉冲的时间不同步以及初始输入的信号光脉冲形状对转换效率的影响。选择最佳晶体长度和同步时间 ,最大转换效率可达到 2 5 %。研究结果表明 BBO的 类相位匹配具有非常窄的参量带宽和增益带宽 ,这对于窄带的激光参量放大的研究有重要意义 ,并拓宽了 BBO晶体在光参量放大技术中的用途。     

KTP晶体光参量过程的相位匹配

讨论了双轴晶体中参量过程的角度匹配计算方法,计算了KTP晶体对于355、532nm和1064nm波长泵浦的光参量过程的角度匹配曲线;对于三个主平面内的Ⅱ类相位匹配曲线的特点作了分析和讨论。实验验证了532nm波长泵浦的光参量过程,在X-Z平面内的Ⅱ类相位匹配角度值与理论计算的结果一致。     

超宽带光参量放大器中相位匹配结构的分析和优化

对光参量放大的相位匹配进行了研究,建立了产生超宽增益带宽参量放大相位匹配的一般物理模型,依据这一模型,在只给定抽运光波长和晶体参数的条件下,可以确定超宽带相位匹配结构和信号光匹配波长。以偏硼酸钡(BBO)晶体为例进行了模拟计算,结果表明,非共线相位匹配的两种不同结构有着相差极大的晶体接收角。讨论了如何优化非共线相位匹配结构参数以便得到极大增益带宽和极佳晶体接收角的问题。对BBO晶体光参量放大的光谱相位匹配的计算结果可以为多光束抽运或多阶段光参量放大的设计提供理论依据。     

光波导用MgO∶LiNbO_3晶体光学均匀性的测定

介绍了用非临界位相匹配温度法,测量了光波导用ＭｇＯ∶ＬｉＮｂＯ３ 晶体光学均匀性的原理、公式和实际测量的结果。     

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。     

纳秒量级光参量放大技术研究进展

基于非线性频率变换技术的中红外固体激光器,受限于光学晶体的损伤阈值、镀膜工艺和逆转换效应,输出功率相对较低,而光参量放大技术可以有效改善这个问题。介绍了光参量放大技术的典型结构、特点以及常用光学晶体,评述了光参量放大技术提高纳秒量级中红外固体激光器输出功率的研究进展,分析了光参量放大技术在提高纳秒量级中红外固体激光器输出功率方面面临的挑战。     

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。     

周期性极化晶体的群速匹配飞秒脉冲光学参量放大

研究了周期性极化晶体非共线参量放大的群速匹配和群速色散.提出了估算光学参量放大(OPA)光谱带宽的一般性方法.光谱带宽由波矢失配中泰勒级数展开式的第一、第二项决定,当展开式中一级项为零时,三个非共线相互作用波是群速是匹配的,这时参量带宽由群速色散决定.选择合适的光栅周期,能获得调谐范围较宽的群速匹配脉冲参量放大,参量带宽与晶体长度、非共线角及群速色散有关.研究了增益带宽与晶体长度及抽运光强度的关系,也研究了离散角和有效非线性系数等.由于群速匹配,参量带宽很大,大大增加了最大有效长度和能量转换效率.     

非共线角与相位匹配角对YCOB晶体OPCPA增益光谱影响的研究

主要通过理论和实验研究相位匹配角和非共线角对三硼酸钙钇(YCOB)晶体光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)的放大光谱产生的影响。理论上,通过数值模拟计算发现,基于YCOB-OPCPA的放大光谱对相位匹配角和非共线角的变化均比较敏感,当相位匹配角或非共线角有微小变化时,增益光谱将会出现中心波段漂移和窄化现象,但当非共线角在2.80°~2.91°之间变化时,总能找到一个理想的相位匹配角与之匹配,满足带宽大于80nm的宽带OPCPA放大。为了获得高效率宽带OPCPA放大输出,提出一种基于高精密CCD的非共线角的测量方法,并利用该方法在实验中研究了不同非共线角下YCOB晶体OPCPA的光谱增益特性,并获得宽带放大光谱,为单次OPCPA调试实验提供参考。     

KBe2BO3F2晶体非共线相位匹配的光谱带宽

在非共线相位匹配下研究了KBe2BO3F2(KBBF)晶体的参量带宽和增益带宽随非共线角、信号光波长及泵浦光强度的关系。当泵浦光和信号光波长分别为532nm和800nm时,理论上获得了KBBF晶体的最大参量带宽为140.6nm,相应的最佳非共线角为1.02°,并与CsLiB6O10(CLBO)晶体进行了比较,得出KBBF晶体的参量带宽和增益带宽大于CLBO晶体的结论。     

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%。     

基于不同非共线结构的光参量放大器的带宽特性研究

研究了多种非共线结构下基于周期极化铌酸锂晶体的皮秒脉冲光参量放大器的调谐带宽和参量带宽特性,确定了当能够获得大且稳定的调谐带宽时应使用的最佳非共线结构、抽运光波矢和晶体光栅矢量间的最佳非共线角θ以及最佳极化周期,同时给出了用于计算不同温度下周期极化铌酸锂晶体的最佳极化周期的数学公式。此外,通过对相位失配进行泰勒级数展开,分别得到了保留一阶、二阶和三阶导数项时的参量带宽计算公式,随后将利用这些公式和相位失配表达式计算得到的参量带宽进行了对比,进而分析了高阶导数项对参量带宽的影响。在此基础上提出了一个用于最大化光参量放大过程的调谐带宽和参量带宽、确定非共线角α和工作温度等最佳工作参数的可行方案。     

3～5μm角度调谐LiNbO_3光参量振荡器的理论设计

对 3～ 5 μm角度调谐 Li Nb O3 光参量振荡器给出了完整的理论设计过程 ,用动量和能量守恒分别计算给出了角度调谐曲线、有效非线性系数和参量增益曲线 ,确定了光参量振荡器的相位匹配方式和晶体的切割角 ;根据参量光输出变化范围计算了晶体的接收角和光波走离角 ,提出了光参量振荡器的实验精度要求