周期极化钽酸锂倍频窄谱线全光纤连续激光放大器特性

通过准相位匹配技术,采用1μm波段高功率窄谱线连续光纤激光放大器抽运高二次谐波转换效率周期性极化晶体,是实现高光束质量、小型化、高功率连续绿光激光器的一个非常有前途的方向。实验自主研发了高效率主振荡功率放大(MOPA)全光纤保偏放大模块,获得中心波长为1064.25nm,线宽为0.035nm的30 W连续线偏振激光,并以此作为基频光抽运国产周期极化钽酸锂(PPSLT)晶体进行了外腔单通倍频实验。保持PPSLT晶体的控制温度为145.6℃,在抽运光功率为21.5W时得到了2.1W的绿光输出。实验分析了温度、基频光功率密度和Boyd-Kleinman聚焦因子对倍频光转换效率的影响。实验过程中没有出现饱和现象,进一步提高抽运功率有望获得更高功率的绿光。     

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。     

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。     

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%。     

掺Tm光纤MOPA准相位匹配单程倍频的单频激光器

为获得0.9 μm近红外波段连续波单频激光输出,用50 mm长的PPLN晶体对掺Tm光纤激光MOPA的连续波1 925.08 nm单频激光输出进行单程倍频,通过聚焦参数和准相位匹配温度优化,在43.4 W基频光功率实现了最高9.07 W的962.5 nm二次谐波输出,转换效率达到20.9%。二次谐波为单纵模运转,水平和竖直方向光束质量因子分别为1.36和1.52。实验中研究了聚焦因子和相位匹配温度对倍频转换效率的影响,并讨论了聚焦条件和准相位匹配温度带宽之间的相互关系。实验结果表明:Tm光纤激光准相位匹配单程倍频是获得0.9 μm波段连续波单频激光输出的有效方法。     

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.     

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.     

基于半导体碟片腔内倍频的高功率490 nm激光器

报道了基于半导体碟片激光倍频实现的高功率青色(蓝绿光)激光，连续输出功率可达到4.8 W。通过半导体碟片热管理优化和金刚石热沉预金属化，获得了最大功率为22.5 W、光-光转换效率为42.7%的980 nm基频光输出。通过V型腔LBO(LiB₃O₅)晶体倍频实现了4.8 W 490 nm激光输出，总的光-光转换效率为15.4%，单位泵浦面积产生的蓝绿光光强为3.8 kW/cm²。     

LD端面抽运1.5 W单频稳频绿光激光器

光纤耦合激光二极管 (LD)抽运Nd∶YVO4激光晶体 ,采用KTP晶体腔内倍频 ,在输入抽运功率为 11W时 ,获得 1 5W稳定单频绿光输出 ,光 光转换效率 13 6 %。通过边带锁频系统将基频激光频率锁定在F P共焦参考腔的中心频率上 ,输出的倍频光频率稳定性优于 6 2 0kHz,功率稳定性优于± 1 5 %。     

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。     

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。     

全固态447 nm连续激光器

报道了一台采用激光二极管(LD)侧面抽运Nd∶YAP晶体的全固态腔内三倍频447 nm连续(CW)蓝光激光器.对几种常用的晶体进行分析对比后,选取Nd∶YAP晶体作为增益介质产生1341.4 nm基频光,腔内采用Ⅰ类临界相位匹配(CPM)LBO晶体进行倍频(SHG)产生670.7 nm波长激光,基频光与倍频红光再经Ⅱ类临界相位匹配的KTP晶体和频(SFM)获得447.1 nm蓝光输出.采用四镜折叠腔结构,通过谐振腔稳定性分析,优化选取了合适的谐振腔参数.实验对比了不同腔长的输出特性,最终在[534 W抽运功率下,获得了最高功率为114 mW的连续447.1 nm蓝光输出,光-光转换效率为0.02%,并分析了效率低的原因.     

基于周期性极化钽酸锂晶体的连续激光倍频技术研究

针对连续激光倍频的需求,对比分析了周期性极化钽酸锂晶体和铌酸锂晶体的非线性光学特性,从技术研究角度确定了周期性极化钽酸锂晶体更适合用于连续激光倍频。依据非线性转换效率和晶体结构安装尺寸,确定了基频激光压缩及倍频激光准直的参数,从保证工程应用的角度选择了81μm极化周期的钽酸锂晶体,设计并实现了双光路倍频,获得了超过5W的540nm连续倍频激光输出。     

Nd∶YAG/Cr∶YAG键合晶体的355nm激光器

报道了一台基于Nd∶YAG/Cr∶YAG键合晶体的全固态355nm紫外(UV)激光器的设计及实验结果。采用平-平腔结构获得高峰值功率、小束腰的1064nm基频光。在谐振腔外,未聚焦的1064nm基频光经KTP晶体倍频产生532nm波长激光,二者再经LBO晶体和频获得355nm紫外激光输出。实验中发现尽管Nd∶YAG与Cr∶YAG都是各向同性晶体,但在特定情况下输出的1064nm基频光具有近似线偏振的特性,此特性可以有效地增加二次谐波产生(SHG)时基频光的利用率,从而提高整台激光器的转换效率。而基频光的谱线宽度及发散角也影响二次谐波及三次谐波产生(THG)的转换效率,需使其尽量在晶体的允许带宽及允许角范围以内。综合这几点因素,对激光谐振腔进行了仔细设计。当激光二极管(LD)抽运功率为8W,激光器运行稳定时,基频光峰值功率达28kW,最终获得平均功率为124mW的355nm紫外激光。     

周期极化LiTaO_3的准连续倍频

利用高压脉冲周期极化的LiTaO3(PPLT) ,对半导体激光抽运Nd∶YVO4 晶体 10 6 4nm准连续输出进行倍频 ,讨论了其倍频转换效率及倍频过程中的温度调谐特性 ,实验结果与理论吻合很好。在基频光输出为 193mW时 ,其外腔单通倍频转换效率达到 13 5 %。     

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。     

310 nm紫外固体拉曼激光器

利用偏硼酸钡（BBO）倍频晶体,实现了1064 nm激光泵浦金刚石拉曼激光器的高重复频率紫外激光脉冲输出。搭建了腔内倍频金刚石拉曼激光器,实现了620 nm激光输出。当1064 nm泵浦光的功率为4.0 W时,620 nm输出激光的功率为550 mW,转换效率约为13.7%。通过BBO晶体腔外倍频,获得了平均功率约为48 mW的310 nm紫外激光脉冲输出,脉冲重复频率为2 kHz,脉冲宽度约为761.8 ps,倍频效率约为8.7%。     

一种基于Nd:GdVO4/PPMgLN的蓝光激光器

利用准相位匹配周期极化掺杂氧化镁(MgO)的铌酸锂(PPMgLN)晶体作为倍频晶体,在晶体最佳工作温度(25℃)时,当作为泵浦源的激光二极管的泵浦激光功率达到4.8W,输出得到了456nm的连续蓝光,最大输出功率为240mW,光光转换效率为5%。倍频晶体PPMgLN的尺寸为3×3×3mm3,极化周期为4.2μm。在此实验的基础上,制成了一台小型全固态456nm连续蓝光激光器。     

全固态289.9 nm紫外激光器的研究

报道了全固态脉冲运转腔外四倍频289.9 nm紫外激光器。首先,基于Nd∶KGW晶体的受激拉曼散射机制,以Nd∶YVO4晶体作为增益介质,结合声光调Q技术,研制了一台1159.31 nm红外拉曼激光器。当二极管阵列的总抽运功率为20 W时,1159.31 nm激光的输出功率为983 m W,脉宽为13.5 ns。依次利用Ⅰ类相位匹配偏硼酸锂(LBO)和偏硼酸钡(BBO)晶体进行腔外二倍频和四倍频,实现了平均功率为108 m W的289.9 nm紫外激光输出,重复频率为10 k Hz,脉冲宽度为8 ns,峰值功率为1.35 k W,四倍频转化效率为11%。测量了紫外激光的输出光斑,分析了平均功率随脉冲频率的变化关系。