基于PPMgO∶LN晶体的连续波全光纤激光器倍频特性

高功率光纤激光器与周期性极化非线性晶体相结合的频率转换技术,是实现可见及紫外波段激光输出的有效技术手段。本文以线偏振输出的连续波全光纤化激光振荡器为基频光源,以5%(摩尔分数)氧化镁掺杂的周期性极化铌酸锂(PPMgO∶LN)为倍频晶体,进行了单通倍频的实验研究,测量并分析了PPMgO∶LN的温度调谐特性。控制晶体温度为26.9℃,在基频光功率为8.05W时,实现了17.84%的谐波转换效率,对应的倍频绿光功率为1.437W。     

全固态高输出功率单频Nd:YVO4/KTP激光器

利用光纤耦合输出的半导体激光器(LD)端面抽运Nd∶YVO4晶体,激光谐振腔采用四镜环形腔结构,通过KTP晶体内腔倍频,获得了高功率全固态连续单频绿光激光输出。根据临界相位匹配下椭圆高斯光束的倍频理论,通过旋转Nd∶YVO4晶体的方向选取合适的基频光偏振方向,使KTP晶体的走离角所在平面与谐振腔弧矢面平行,可提高内腔倍频转换效率。当抽运功率为20 W时,激光器最大单频绿光输出功率达4.8 W。作为对比,控制基频光偏振方向使KTP晶体的走离角所在平面与谐振腔子午面平行时,激光器最大单频绿光输出功率为4.1 W。对比两种情形下的实验结果,激光器的光-光转换效率从21.8%提高到25.5%。     

基于窄线宽光栅的光纤激光器倍频技术

高功率连续绿光激光器在激光显示、生物医疗、有色金属加工等领域有着重要的应用,该研究课题已经成为激光领域的研究热点.为了实现高功率、高效率连续绿光激光的输出,利用窄带光纤光栅搭建了高功率光纤激光器,并以此为基频光源进行倍频技术的研究,得到了带宽小于50 pm的基频光纤激光器,输出功率可达100W.利用该基频激光以腔外单程方式倍频KTP晶体,实现了11.6W的532 nm绿光输出,倍频效率为11.6％;利用偏振棱镜将该基频光起偏后得到线偏振光,对透过偏振棱镜的p偏振光进行倍频实验,得到532 nm倍频光的输出功率可达7.3W,倍频效率为14.2％.以上实验证明利用窄线宽光栅来控制基频光源的光谱带宽,可提高光纤激光器的倍频效率,若将经偏振棱镜分光后被反射出去的s偏振光进行倍频,可得到532 nm绿光,利用合束技术将两束绿光进行合束,有望将绿光功率提高至14 W以上.     

基于光子晶体光纤飞秒激光技术的高功率紫外激光源

实验研究了一种基于大模场面积光子晶体光纤飞秒激光技术的紫外飞秒激光源.分析了群速失配下的倍频光和基频光的走离长度,并实验比较了不同长度的BBO晶体的倍频功率和效率.分别采用5 mm和0.18 mm的两块BBO晶体,在Ⅰ类相位匹配条件下,对光子晶体光纤放大器输出的脉宽为110 fs,重复频率50 MHz的1040 nm飞秒激光进行腔外二倍频(SHG)和四倍频(FHG),获得了高功率紫外飞秒激光.在20 W的平均功率抽运下,获得了8.88 W的二倍频绿光输出,转换效率为44.4%.同时获得了656 mW的四倍频260 nm紫外激光,单脉冲能量13 nJ,最高功率时二次谐波(SH)到四次谐波(FH)的转换效率为7.39%.     

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.     

周期极化钽酸锂晶体腔内倍频实验研究

报道了基于准相位匹配(QPM)应用的周期性极化钽酸锂(PPSLT)晶体进行腔内倍频非线性光学变换实验研究.分析比对了不同长度(3.5 mm,5 mm,10 mm)晶体倍频过程.利用3.5 mm PPSLT晶体在2500 mW808 nm激光抽运下产生1445 mW 1064 nm基频光输出,经过倍频可以得到760 mW的绿光输出.同时对于制约倍频效果和效率提高的系统温度控制等问题进行了分析.     

高效率高功率全固态紫外激光器

报道了采用大功率国产光纤束模块端面抽运Nd∶YVO4激光晶体的腔外三倍频紫外激光器,用声光调Q技术实现了高功率高光束质量基频光输出。采用LBOⅠ类相位匹配和LBOⅡ类相位匹配的腔外倍频方法,并利用凹面反射镜的方式进行聚焦,避免了1064nm和532nm激光聚焦时由于波长的不同而产生的色差效应,有效地提高了三倍频的倍频效率。最终在注入抽运光功率为23.3W,声光调Q激光器的调制频率为20kHz的工作条件下,基频光输出功率为7.28W时,得到紫外激光输出功率为1.86W,1064nm基频光到355nm紫外激光的光-光转换效率为25.5%,此外,对紫外激光光束质量的测试表明,该紫外激光器具有高功率输出的同时仍有很好的光束质量。     

高功率、高效率调Q绿光抽运的钛宝石宽调谐纳秒脉冲激光

自行研制出钛宝石晶体抽运的波长为532 nm的全固态高功率激光器,实现了高功率、高转换效率的可调谐钛宝石激光输出。使用3列重复频率为1 kHz的激光二极管阵列对称式抽运Nd:YAG晶体,通过调Q及腔内倍频,获得功率为37.8 W、波长为532 nm的抽运光,每个激光二极管的抽运脉冲包络内包含5个调Q脉冲,单脉冲宽度为90 ns,重复频率为5 kHz。采用该绿光抽运钛宝石晶体,获得733.5～871.1 nm波长范围内的连续调谐激光,在771 nm处获得的输出功率最大,为8.26 W,光-光转换效率高达42%,脉冲宽度为14 ns,30 min内输出功率稳定性优于±4.4%。     

2.1 W连续绿光输出的一阶准相位匹配内腔倍频

利用周期极化化学计量比掺氧化镁LiTaO3晶体(PP-MgO∶SLT),对半导体激光器(LD)端面抽运的1064-nm-Nd∶YVO4激光器进行了一阶准相位匹配(QPM)内腔倍频(ISHG)。PP-MgO∶SLT晶体长20 mm,极化周期为7.93μm(室温下),利用外加电场极化法制作,极化沿晶体的z向进行。实验中基频光波和倍频光波均沿晶体z向偏振以利用其最大的有效非线性系数。Nd∶YVO4激光器选用三镜折叠腔结构,在半导体激光器抽运功率为11 W,晶体温度为70.4℃时,产生了最大输出功率为2.1 W的连续绿光激光,光-光转换效率为19%。同时对PP-MgO∶SLT晶体外腔单程倍频下的转换效率与晶体温度间的关系进行了理论研究。实验中测得的内腔倍频的允许温度要远大于外腔单程倍频;另外,观察到随着晶体温度的变化倍频光功率出现突然下降的现象,并给出了相应的讨论。     

高效高功率侧面抽运腔内倍频连续绿光激光器

激光二极管(LD)侧面抽运的内腔倍频激光器技术是实现高功率、高稳定且低成本连续绿光激光器的有效方法。为满足激光彩色显示、激光加工、数据存储、医疗卫生和科研等领域对连续绿光激光器的需求,研制了一台高效、高功率侧面抽运腔内倍频Nd∶YAG/KTP连续绿光激光器。采用优化的平-凹-平三镜折叠腔结构,Ⅱ类相位匹配KTP晶体内腔倍频,当808 nm激光二极管抽运功率约为180 W时,得到最高18.7 W的连续绿光激光输出,对应的光-光转换效率为10.4%。在输出功率15.4 W时测量激光功率稳定性,其功率不稳定度小于0.5%。输出光束平滑,远场为类高斯分布,用刀口法测量了激光器不同输出功率时的光束质量,光束传输因子M2小于7。     

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。     

A 980-nm Yb-doped fiber MOPA source and its frequency doubling

A continuous-wave (CW) master oscillator-power amplifier (MOPA) fiber source, tunable around 978 nm, was frequency-doubled to 488.7 nm. Both the laser and the amplifier were made with cladding-pumped jacketed air-clad Yb-doped fibers. The MOPA generated up to 2.7 W of power in an output beam with an M/sup 2/ value of 1.8. This was frequency-doubled in a periodically poled potassium titanyl phosphate crystal at room temperature, in a single-pass configuration. The generated blue light had a CW power of 18.1 mW, a nearly Gaussian spatial intensity profile, and an M/sup 2/ value of 1.7.     

周期性极化掺镁铌酸锂晶体光参量振荡研究

为了实现高转化率3m红外激光光参量振荡输出,采用外加脉冲电场法在厚度为1mm、掺摩尔分数为0.05的镁铌酸锂晶体上成功制备了周期为31.2m的极化光栅,理论计算并模拟了1064nm激光抽运周期极化铌酸锂晶体时,闲频光波长随温度的对应关系,并进行了实验验证。利用1064nm声光调Q Nd:YAG激光器作为抽运源对样品进行了光学参量振荡实验,其中,脉冲激光脉宽为200ns,重复频率是20kHz。在控制温度为80℃、输入抽运光功率为5.567W时,光参量振荡输出波长3m的闲频光功率为1.141W,光光转换效率达到20.1%。结果表明,通过此方法制备的周期性极化铌酸锂晶体光参量振荡,具有较高的光光转换效率。     

基于啁啾脉冲放大的掺铒全光纤结构激光器

为了使全光纤结构啁啾脉冲放大实现超短激光的脉冲输出,采用色散补偿光纤对种子脉冲进行了展宽,利用普通单模光纤来实现放大后脉冲的压缩。对整体激光系统进行了理论分析和实验验证,获得了420fs的超短激光脉冲,平均功率达到1.81W。并利用周期极化的铌酸锂晶体对放大激光脉冲进行倍频,将激光波长拓展到近红外的780nm附近,光谱半峰全宽达到11nm。结果表明,在全光纤结构的掺铒光纤激光系统中,可以通过改变色散光纤的插入量对脉冲展宽和压缩过程中光谱畸变进行有效的控制。这一结果对于实现高功率的全光纤超短脉冲放大系统是有帮助的。     

高掺镁铌酸锂晶体周期极化及倍频特性研究

研究了掺镁(5mol％)铌酸锂晶体的周期极化特性,发现晶体的极化矫顽场仅为3kV／mm,根据镁掺杂对晶体本征缺陷的影响解释了极化矫顽场降低的原因．采用短脉冲极化电场,对极化电流的热效应进行抑制从而消除了晶体均匀性对制备周期极化光栅的影响,在1mm厚的掺镁(5mol％)铌酸锂晶体上成功制备出了均匀的周期极化光栅．在室温下,利用1．064μm的Nd：YAG调Q激光器对得到的周期极化掺镁铌酸锂晶体进行了倍频实验,在输入功率为75mW时,得到3．5mW的532nm倍频绿光输出,转换效率为4．6％．     

LD端面泵浦355 nm紫外激光器

采用大功率激光二极管模块光纤耦合端面泵浦Nd∶YVO4晶体,声光调Q,腔外三倍频方式实现355 nm紫外激光输出。通过计算设计了高效稳定基频谐振腔,在腔外采用LBOⅠ类相位匹配和LBOⅡ类相位匹配的方式倍频与和频,并采用4 f系统对1064 nm基频光和532 nm倍频光进行聚焦,减小了球差效应对光束的影响以提高和频效率。在泵浦功率32.3 W,得到15.9 W 1064 nm连续基频激光输出,光光效率49%。在20 kHz调制频率下,得到1.45 W355 nm紫外激光输出。通过Spiricon光束质量分析仪进行测试,在大功率输出时,紫外激光光束质量因子M2x=1.6,M2y=1.56。