信号光脉冲比抽运光窄12倍的内腔式KTP光参量振荡器

在闪光灯抽运的非稳腔Nd∶YAG被动调Q激光器腔内,放置非临界相位匹配KTP晶体,构成内腔式单谐振KTP光参量振荡器(OPO)。研究了输出信号光的波长调谐性能,获得1.57~1.60μm可调谐激光脉冲。实验结果表明,1.57μm信号光的输出能量随着光参量振荡器腔长的增加而减少,脉冲宽度随着腔长的增加而有所变化;抽运能量较大时,转换效率随着抽运能量的增加趋于饱和然后逐渐下降;对此给予了合理的理论解释。当光参量振荡器的腔长为5 cm,1.06μm抽运光脉冲宽度为30 ns时,输出的1.57μm信号光的脉冲宽度为2.5 ns,能量为21.3 mJ。1.57μm信号光的脉冲宽度仅为1.06μm抽运光脉冲的1/12,总的电光能量转换效率为0.128%。     

2.05μm单谐振纳秒脉冲光参量振荡器特性研究

报道了1064nm单频激光抽运的KTP晶体外腔单谐振光参量振荡器(OPO),获得了波长为2.05μm的纳秒激光脉冲输出。在平-平腔中,将2块II类相位匹配KTP晶体按走离补偿方式放置,在400 Hz重复频率下,抽运单脉冲能量达到5mJ时获得了单脉冲能量为0.9mJ的2.05μm信号光输出,其脉宽约为3.7ns,对应抽运光-信号光转换效率约为18%,光束质量因子M~2在x、y方向分别为2.08、3.03。     

4～5μm全固化可调谐激光实验研究

报道了采用KTP晶体和LiIO3晶体实现4~5μm可调谐激光输出的光参量振荡器(OPO)至差频产生器(DFG)的全固化结构和相应的实验结果。其中光参量振荡器的抽运源为倍频Nd∶YAG激光,差频产生器的抽运源分别是上述光参量振荡器激光和Nd∶YAG基频激光经KTP倍频晶体后剩余的1.064μm激光。实验中Nd∶YAG基频脉冲激光脉宽12 ns,单脉冲能量300 mJ。观察到最大倍频效率达到66.7%,KTP参量量子转换效率达到50%,差频量子转换效率为1.5%,在4.45μm得到了单脉冲100μJ的激光输出。差频光的调谐范围为4.1~4.5μm,发散角为垂直方向12 mrad,水平方向4 mrad。     

Tm:YAP激光抽运ZGP晶体光参量振荡器

简要分析了掺铥铝酸钇(Tm:YAP)晶体的能级结构及吸收光谱特性和磷化锗锌(ZGP)晶体的相位匹配特性,报道了一种在室温条件下工作的中红外光参量振荡器(OPO)。激光器输出的波长为3.88、4.00、4.14μm,在脉冲频率为10kHz时,最大输出功率为7.16W,OPO抽运源到中波输出激光的光-光转换效率为49.4%、斜率效率为48.9%。激光单脉冲宽度为81.47ns,单脉冲能量为0.71mJ,单脉冲峰值功率为8.78kW,光束质量M2在X方向为3.8,Y方向为4.0。     

准相位匹配PPMgLN光参量振荡技术

理论上分析了掺MgO的周期极化LiNbO_3(PPMgLN)晶体准相位匹配光参量振荡(QPM-OPO)波长的调谐特性,计算了抽运阈值和转换效率。采用高斯光束抽运,当抽运功率密度为阈值抽运功率密度约6.5倍时,可以获得约71%的转换效率。而相位匹配情况下,平面波抽运功率密度为阈值(π/2)~2倍时,转换效率可达到100%。1064 nm激光抽运PPMgLN晶体(MgO摩尔分数5%),单谐振光参量振荡技术采用e→e e相位匹配,利用PPMgLN晶体的最大非线性系数d_(33)(27.4 pm/V),采用周期调谐方式,实验上获得了中红外波长调谐范围2.7～4.8μm,当抽运功率为23 W,频率为7 kHz时,在波长3.7μm处激光输出功率超过3.2 W,斜率效率超过18%,对应闲频光波长1.49μm输出功率约8 W,相当于转换斜率效率约为63%。实验结果与理论分析基本一致。     

光参量振荡器和光参量放大器实现窄谱宽中红外激光输出

高增益和抽运光谱宽等因素会使光参量振荡器输出的参量光谱线大幅展宽。通常在腔内插入标准具、光栅等元件以控制谱宽,但会引入损耗,导致激光器输出阈值增大,转换效率和输出功率降低。报道了一种不使用任何谱宽压缩元件获得窄谱宽高功率中红外激光输出的方案。该方案将窄谱宽和高功率分离,分别获取。搭建了1.064μmNd…YAG主振荡功率放大结构的窄谱宽抽运源。通过调节光参量振荡器中PPMgLN晶体内的抽运光功率和光斑直径,实现晶体内增益强度的控制,从而有效控制中红外激光谱宽。在光参量振荡器中,当抽运光功率约为3倍阈值时,获得了0.7 W、谱宽小于1.12nm的2.9μm种子光,再通过两级光参量放大器后,最终获得6.27W、光光转换效率15.7%的2.9μm激光输出,谱宽基本保持不变。     

正分支共焦非稳腔的脉冲固体激光器研究

为了获得高光束质量中红外激光抽运源,采用正分支共焦非稳腔设计Nd:YAG脉冲固体激光器。在考虑晶体热效应情况下,对其腔型参量进行了数值模拟和试验验证,获得重复频率10Hz、脉冲宽度9.7ns、单脉冲能量260mJ、光束参量积3.5mmmrad的激光输出。该激光经放大后抽运MgO:LiNbO3晶体,实现波长3.85m、脉冲宽度8ns、单脉冲能量104mJ的激光输出,光光转换效率为12.5%。结果表明,该抽运源光束质量满足高峰值功率中红外光参变振荡激光器使用要求,为光电对抗领域的应用奠定了技术基础。     

非临界相位匹配的人眼安全KTP光参量振荡器

报道了一台电光调Q,Nd∶YAG激光器泵浦的KTP脉冲光参量振荡器(OPO),获得了高单脉冲能量的人眼安全激光输出。KTP晶体按非临界相位匹配θ=90°和φ=0°进行切割,在Ⅱ类相位匹配(o→o+e)下,1.064μm的泵浦激光转换为人眼安全的1.57μm激光。KTP晶体的尺寸为10 mm×10 mm×20 mm,OPO谐振腔采用信号光单谐振的外腔结构,当二极管泵浦的Nd∶YAG激光器输出的1.064μm激光单脉冲能量为350 mJ,重复频率为10 Hz时,获得了单脉冲能量117 mJ的1.57μm激光输出,转换效率约为33.4%。     

880nm共振抽运连续波内腔单谐振光学参量振荡器及其逆转换

报道了880nm激光二极管(LD)共振抽运的连续波(CW)Nd:YVO4-PPLN内腔单谐振光学参量振荡器(ICSRO)。在21.9W抽运功率下,获得了1.54W的3.66μm CW中红外闲频光输出,光-光转换效率为7.0%;与808nm传统抽运相比,共振抽运ICSRO在振荡阈值、输出功率、转换效率和功率稳定性等方面都显示出明显优势。针对高抽运功率下逆转换过程影响单谐振光学参量振荡器(SRO)转换效率的问题,研究了振荡信号光的耦合输出透射率对SRO阈值和下转换效率的影响。通过提高振荡光输出镜透射率优化SRO阈值,可在高抽运功率下保持下转换效率的同时获得高效的信号光输出;21.4W抽运功率下同时获得1.54W闲频光和5.03W信号光输出,总提取效率为30.2%。     

高光束质量闲频光谐振中红外MgO:PPLN光参量振荡器

报道了采用纳秒脉冲激光器泵浦基于掺杂氧化镁周期极化铌酸锂(MgO:PPLN)晶体的高光束质量、闲频光谐振中红外光参量振荡器。通过选取曲率半径为200 mm的凹面输入镜和平面输出镜来建立平凹腔,实现了高光束质量的近-中红外激光输出。当输入的最大泵浦能量为21 mJ时,输出信号光和闲频光的最大能量分别为3.2 mJ和1.12 mJ,对应信号光和闲频光的斜效率分别为24%和9%。通过在25～200℃范围内改变MgO:PPLN晶体温度,实现信号光波长1.505～1.566μm和闲频光波长3.318～3.628μm的激光调谐输出。由于闲频光单谐振的光参量振荡器具有较大的衍射损耗和光束发散角,可以提高输出闲频光的光束质量。采用刀口法测量得到中红外激光在两个正交方向的光束质量因子分别为M_x²≈1.2和M_y²≈1.2。     

11.2W中红外3.8μm激光器

报道了采用1064nm激光抽运PPMgLN晶体准相位匹配技术实现3.8μm激光输出的实验结果。抽运源为二极管激光连续抽运Nd:YAG晶体声光调Q1μm激光器,PPMgLN晶体(MgO掺杂浓度5mol%)单谐振光参量振荡技术采用e→e+e相位匹配,消除了光束之间的走离效应,利用了PPMgLN晶体的最大非线性系数d33(27.4pm/V)。在1064nm激光抽运功率94W,声光Q开关工作频率8kHz的条件下,获得了平均功率11.2W,波长3.84μm激光输出,光-光转换斜率效率14.5%,对应闲频波长1.47μm激光输出功率约28W。3.8μm激光水平方向和垂直方向光束质量M2因子分别为2.01和5.78。     

2μmTm,Ho∶YLF激光抽运ZnGeP_2光参量振荡技术研究

ZnGeP2晶体具有宽的透明范围(0.7～12μm),较大的非线性系数(d36=75pm/V),最高损伤阈值能量密 度为10J/cm2,较高的热导率(0.18W/(m·K)),因而非常适合作为高功率中红外光参量振荡器(OPO)晶体。理 论上分析了ZnGeP2光参量振荡器相位匹配特性,实现3～5μm连续调谐范围输出的Ⅰ类相位匹配角在52.5～ 55.2°之间。实验上,以15W光纤耦合激光二极管(LD)抽运的2.05μm高重复频率声光调QTm,Ho∶YLF激光 器作为抽运源,其最大平均功率4W,脉冲宽度小于40ns,脉冲重复频率100Hz～10kHz可调。为降低准三能级 系统激光器阈值,提高激光脉冲能量抽取效率,Tm,Ho∶YLF晶体采用液氮制冷方式,工作在77K温度条件下。 非线性频率转换晶体ZnGeP2长15mm,55.7°切割,光参量振荡器谐振腔为平平腔,腔长约20mm。在3.6W的抽 运功率下,脉冲重复频率10kHz,实现了4.1μm附近中红外激光输出,参量光脉冲宽度为20ns,平均输出功率为 0.7W,光 光转换效率为20%,抽运光阈值功率为0.65W。     

百毫焦腔内KTP光参量振荡2μm脉冲激光器

报道了一台高单脉冲能量的光参量振荡(OPO)2μm固体激光器。采用电光调Q,Nd∶YAG激光器输出的1064 nm激光,抽运腔内两块光轴方向相向放置的KTP晶体,通过双谐振光参量振荡(DROPO)技术获得2μm激光输出。OPO谐振腔由2μm反射镜、两块走离补偿的KTP晶体和2μm输出镜组成。KTP晶体尺寸为8 mm×8 mm×15 mm,切割角θ=53°,φ=0°。OPO采用Ⅱ类相位匹配(o→o+e)。当激光二极管单脉冲能量为1.02 J,电光Q开关频率为30 Hz时,获得了单脉冲能量107 mJ的简并波长2.1μm激光输出,808 nm激光二极管到2.1μm光光转换效率为10.5%,光束质量因子分别为M2x=2.38,M2y=1.56。     

种子注入的高峰值功率全固态单频激光器

为了研制光参量振荡器的单频制抽运源，采用偏压反馈的扫描-触发谐振探测技术，设计了种子注入的脉冲重复频率为500Hz的单端抽运键合Nd:YAG的电光调Q单频脉冲激光器，建立了单纵模振荡并进行了理论分析。结果表明，在抽运能量为36.8mJ时，输出单脉冲能量为8.4mJ，光光建模效率为23%，脉冲宽度为6.8ns，光束质量因子M2≈1.3，脉冲峰值功率为1.2MW；利用F-P标准具获得输出激光的干涉图样，经过1h观察，该激光器输出单纵模概率为100%。这一结果对于抽运光参量振荡器的研制是有帮助的。     

基于ZGP晶体中红外脉冲光参量振荡器研究

为了获取中红外激光,通过采用电光调Q和Nd:YAG激光器腔内KTP-OPO技术,选用磷锗锌晶体(ZGP),构建实验装置,对中红外脉冲光参量振荡器进行了实验研究.研究结果表明,通过调节磷锗锌晶体(ZGP)的相位匹配角度,可获得3～5 μ m的中红外激光输出,满足ZGP OPO非线性效应能量守恒方程,为光参量振荡器的应用提供了科学依据.     

23.6W高效率2 μm激光器

报道了一台高重复频率高效率2μm激光器.理论计算了1.064μm激光抽运Ⅱ类相位匹配KTP晶体的角度调谐曲线,得出KTP晶体按φ=0°,θ=54°切割可获得近简并波长的2μm激光输出.使用1.064μm Nd∶YAG模块作为抽运源,抽运内腔式双晶体走离补偿双谐振光参量振荡器(DROPO),在7 kHz声光调Q频率下,获得23.6 W的2.12μm激光输出,808 nm激光二极管(LD)出光获得2μm激光的斜率效率超过19%.     

激光二极管抽运正交波罗棱镜腔光学参量振荡激光器

将正交波罗棱镜谐振腔应用于激光二极管(LD)抽运的光学参量振荡(OPO)激光器,实现了Ⅱ类非临界相位匹配KTP晶体的内腔式光参量振荡,获得了高机械稳定性、高热稳定性和较高光束质量的1.57μm人眼安全激光输出.正交波罗棱镜腔存在腔内振荡光束线偏振运行条件,匀化了内腔OPO的抽运光光场.正交波罗棱镜腔OPO激光器解决了内腔式光参量振荡信号光输出不稳定,以及腔内光功率密度较高容易引起光学损伤等工程应用难题.器件采用热传导冷却半圆柱面LD阵列侧向抽运Nd:YAG抽运几何,在20 Hz运行条件下获得平均脉冲能量86 mJ,脉冲宽度5.4 ns,光束发散角5 mrad.能量稳定性优于±2.5%,光-光转换效率(808 nm→1570 nm)9%的优异性能.     

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。     

26W中波红外固体激光器

阐述了一种获得高功率3~5μm中红外激光输出的实验方案,即先通过高功率1.94μm光源抽运Ho:YLF晶体,获得高重复频率2.05μm激光输出,通过端抽运放大方式,提升2.05μm激光功率水平,最终2.05μm激光抽运光参量振荡器(OPO)实现高功率中波激光输出。在水冷工作体制下获得了重复频率5 k Hz、最大功率26.9 W的中波输出,脉冲宽度为24.4 ns,2.05μm到3~5μm的光光转换效率达50%,通过角度调谐获得不同波长的中红外激光输出,验证了该实验方案作为一种获得高功率、高效率、高重复频率中红外激光输出工作方式的可行性。     

基于ZnGeP2光参量振荡器的长波红外双波段调谐实验研究

文中报道了一种基于ZnGeP₂ (ZGP) 的纳秒宽调谐长波红外光参量振荡器(optical parametric oscillation, OPO)。采用重复频率50 Hz、脉冲宽度小于10 ns的1064 nm基频光泵浦基于Ⅱ类相位匹配KTP的光参量振荡器产生2.1 μm激光,进而泵浦基于Ⅰ类相位匹配的ZGP光参量振荡器产生7~11 μm长波红外输出。通过对ZGP的角度调谐获得了2.815~2.963 μm连续可调谐信号光,对应闲频光波长连续可调谐范围为7.82~9.08 μm。通过泵浦波长调谐的方式,当采用2107.13~2153.95 nm范围内的激光泵浦ZGP-OPO,获得了信号光波长范围为2.624~2.662 μm和2.745~2.956 μm的连续可调谐输出,对应闲频光范围为7.94~9.07 μm和10.20~10.82 μm。闲频光波长为8.03 μm、能量为0.8 mJ时,ZGP-OPO的泵浦光至闲频光转换效率9.4%。