基于PPMgLN晶体低阈值宽调谐红外光参量振荡研究

对基于多周期极化掺镁铌酸锂晶体(PPMgLN) 的信号光单谐振准相位匹配光学参量振荡器(QPM-OPO)进行了实验研究.以输出波长为1.064靘的声光调Q Nd:YAG固体激光器作为基频泵浦源对周期为29～31.5靘的多周期掺镁(5mol%)铌酸锂极化光栅进行了光学参量振荡温度、周期调谐实验,光参量振荡阈值功率仅为45mW(重复频率1kHz).通过温度调谐(20～180℃)与周期调谐(29.0～31.0靘)相结合,实现了调谐范围为1445～1685nm的信号光稳定输出.     

基于周期极化铌酸锂晶体的高功率可调谐光参量振荡器

研究了镁掺杂周期极化铌酸锂晶体光学参量振荡(PPMgLN-OPO)产生高功率、高重复频率中红外激光的特性.采用半导体激光器(LD)抽运的声光调Q Nd:YAG激光器,1064 nm准连续激光功率最大输出为7.8 W,重复频率5～50 kHz.产生1064 nm调Q光,抽运周期为30.7 μm的掺氧化镁(摩尔分数为5%)周期性极化铌酸锂晶体,温度变化范围为40～200℃,实现了短腔双谐振红外高功率激光输出.实验中近红外激光波长调谐范围为1570～1676 nm,最高输出功率613 mW;中红外输出波长范围为2942～3300 nm,中红外光平均功率也达到了百毫瓦级,信号光单脉冲能量达40 μJ;光-光(LD-信号光)转换效率为3.4%.     

掺镁铌酸锂微结构多周期调谐光学参量振荡器

从傅里叶展开三波耦合波方程出发，对准相位匹配光学参量振荡进行了初步的理论分析，同时对准相位匹配周期极化掺镁铌酸锂微结构光学参量振荡进行了实验研究。通过改变微结构周期，实现了信号光从1.45~1.72 μm的输出，最小阈值为30 μJ。在温度30 ℃，抽运功率为300 mW，最大信号光输出功率为56 mW，斜率效率达18.7%。由于掺镁铌酸锂微结构抗光损伤性能显著提高，无需在高温下进行运转，使得掺镁铌酸锂微结构光学参量振荡器在常温条件下实现连续运转成为可能。与同成份铌酸锂微结构参量振荡器相比，结构更加紧凑，易于实现小型化。     

波长可调谐准相位匹配光学参量振荡器

利用掺氧化镁周期性极化铌酸锂晶体,对信号光单谐振的准相位匹配光学参量振荡器 的温度调谐特性和输出功率特性进行了理论与实验研究。以LD泵浦的声光调Q准连续Nd∶YAG激光器作为泵浦源,获得了1561～1672nm的可调谐输出,信号光在1064nm泵浦光平均功率为1. 728W时,最大信号光输出为297mW。     

温度调谐宽波段光参量振荡器的实验研究

为了获得宽波段的可调谐相干光源,利用1064nm声光调QNd:YAG激光器为抽运源、掺氧化镁周期极化铌酸锂晶体为工作物质,对温度调谐光参量振荡器进行了实验研究。由实验数据可知,当晶体的温度从40℃升高到200℃时,获得信号光的调谐范围为1.565μm～1.670μm;当抽运源脉宽为70ns、重复频率为10kHz、平均功率为1.61W时,获得波长为1631nm信号光的输出功率为211mW。结果表明,温度调谐光参量振荡器可以作为宽波段的可调谐相干光源。     

周期极化掺镁铌酸锂晶体的光学参量振荡

采用短脉冲极化电场法,在1 mm厚的掺摩尔分数0.05镁的铌酸锂晶体上成功制备了周期为30μm的极化光栅。以输出波长为1.064μm的声光调QNd∶YAG固体激光器作为基频抽运源对其进行了光学参量振荡实验,光参量振荡阈值功率为45 mW(重复频率为1 kHz),在输入功率为490 mW,控温炉温度为160℃时,获得了94 mW的波长为1544 nm的信号光输出,转换效率达到19.2%。并且通过调谐晶体温度(20~180℃),获得了调谐范围为1503~1550 nm的信号光稳定输出。实现了可调谐红外光的稳定输出,验证了晶体周期结构的均匀性。     

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。     

光参变振荡器的红外光谱研究

对宽调谐周期极化掺镁铌酸锂光参变振荡器(OPO)进行了实验研究,OPO的抽运源采用的是激光二极管端面抽运的声光调QNd:YVO4激光器,其谐振腔由两个凹面镜构成了简单的线性腔,凹面镜的衬底材料选用氟化钙。通过改变周期极化掺镁铌酸锂晶体的温度(30~80℃)和极化周期(29.0~31.5μm),OPO实现了信号光波长在1450~1700 nm和闲频光波长在2849.0~3989.4 nm范围内的宽调谐输出。对OPO输出的光谱进行了测量,信号光光谱的半峰全宽均小于0.58 nm,闲频光光谱的半峰全宽小于4 nm。实验结果表明,实测的信号光与闲频光的波长调谐曲线与理论模拟结果非常吻合。     

低阈值宽调谐的内腔调Q Nd:YVO4/PPLN光学参量产生

将多周期极化铌酸锂(PPLN)晶体置于激光二极管(LD)端面抽运的声光调Q Nd:YVO4激光器谐振腔内,实现了准相位匹配内腔光学参量直接产生(QPM-IOPG).PPLN晶体长20 mm,利用外加电场极化法制作,极化沿晶体的z向进行.设定声光Q开关重复频率为19 kHz,通过温度调谐和周期调谐,获得了信号光在1384～1541 nm范围内的连续输出,脉冲宽度约为80 ns.在PPLN晶体温度为140 ℃,极化周期为29 μm时,内腔光参量产生的阈值仅为0.93 W,在3 W激光二极管抽运功率下,获得了140 mW的信号光输出;在极化周期为26.5 μm时,内腔光参量产生的阈值增大到1.36 W,在3 W激光二极管抽运功率下,获得了105 mW的信号光输出.分析了不同极化周期下阈值和转换效率存在差异的原因,对内腔光学参量产生的阈值进行了理论分析和计算.     

低阈值宽调谐的内腔调QNd∶YVO_4/PPLN光学参量产生

将多周期极化铌酸锂(PPLN)晶体置于激光二极管(LD)端面抽运的声光调QNd∶YVO4激光器谐振腔内,实现了准相位匹配内腔光学参量直接产生(QPM-IOPG)。PPLN晶体长20 mm,利用外加电场极化法制作,极化沿晶体的z向进行。设定声光Q开关重复频率为19 kHz,通过温度调谐和周期调谐,获得了信号光在1384~1541 nm范围内的连续输出,脉冲宽度约为80 ns。在PPLN晶体温度为140℃,极化周期为29μm时,内腔光参量产生的阈值仅为0.93 W,在3 W激光二极管抽运功率下,获得了140 mW的信号光输出;在极化周期为26.5μm时,内腔光参量产生的阈值增大到1.36 W,在3 W激光二极管抽运功率下,获得了105 mW的信号光输出。分析了不同极化周期下阈值和转换效率存在差异的原因,对内腔光学参量产生的阈值进行了理论分析和计算。     

W级中红外宽调谐光学参量振荡器的研究

报道了一个低阈值、宽调谐、中红外单谐振掺MgO的周期性极化LiNbO3(PPMgLN)晶体光学参量振荡器(OPO)。利用声光调Q的Nd:YVO4激光器作为泵浦源,采用外腔结构,在室温下实现了PPMgLN晶体的准相位匹配(QPM)OPO。OPO阈值仅为0.4 W(重复频率40 kHz,单脉冲能量10μJ,脉宽160 ns);在泵浦光为6.6W(重复频率40 kHz,脉冲能量165μJ,脉宽65 ns)、PPMgLN周期为30μm时,获得了1.13 W的3.61μm中红外脉冲激光输出,光-光转化效率达到17.1%,同时获得了880 mW的1.51μm信号光输出,并且通过改变晶体的周期,实现了闲频光3.13～4.19μm中红外宽带可调谐激光输出。重点讨论了闲频光的功率、调谐和脉冲特性以及功率稳定性问题。     

外腔全固态连续波PPMgLN光学参量振荡器与受激拉曼散射

利用1064nm波长的全固态连续Nd:YVO4激光器作为抽运源,采用周期调谐技术,对PPMgLN晶体准相位匹配的全固态连续波光学参量振荡器(CW OPO)宽波段连续调谐输出特性和伴随输出的受激拉曼(Raman)散射进行研究。实验在多周期PPMgLN晶体的基础上,采用连续工作模式、单谐振和外腔结构。实验结果表明,全固态CW OPO实现了信号光在1435.9～1670.2nm近红外波段和闲频光在4185.0～2970.4nm中红外波段连续调谐输出;在30.5μm周期处,抽运功率达到11.79W时,获得最大总输出功率4.29W,光光转换效率达到36.4%;在28.5、30.0、30.5μm处同时有受激Raman散射光伴随输出;增加Raman散射的损耗,可以提高CW OPO闲频光的输出功率,在3451nm处获得最大输出功率1.98 W,光光转换效率达到16.8%。实现了外腔式全固态CWPPMgLN OPO在信号光和闲频光波段的高功率连续调谐输出,伴随输出的Raman散射对CW OPO的闲频光有重要影响。     

Temperature tunable infrared optical parametric generation based on periodically poled MgO:LiNbO3 crystals

By using a short-pulse field, periodically poled grating (A = 29 μm) was successfully fabricated in a 1.0 mm-thick MgO:LiNbO3 (mole fraction of doped MgO is 5%). A high-repetition-rate optical parametric generation (OPG) based on periodically poled MgO:LiNbO3 (PPMgLN) was pumped by a 1.064 μm acoustooptically Q-switched Nd:YVO4 laser. With 3 W of input pump power, 44 mW of output signal power was obtained at a conversion efficiency of 1.5%. Tunable infrared (IR) output from 1.4538-1.4750 μm was also obtained by tuning the temperature of PPMgLN, which is 45℃-160℃.     

宽调谐高效率声光调Q Nd∶YVO4/PPMgLN光学参量产生器

利用声光调Q的Nd∶YVO4激光器作为泵浦源,在室温下,实现了PPMgLN晶体准相位匹配光参量输出。光参量阈值仅为0.5 W(20 kHz,75 ns);在泵浦光2.25 W(20 kHz,52 ns),PPMgLN极化周期31.4μm时,获得了426.1 mW 3.03μm中红外脉冲激光输出;同时获得646.7 mW1.64μm信号光输出,总光光转化效率达到47.6%。并且通过改变晶体的极化周期,实现了闲频光3.03～4.49μm,信号光1.40～1.64μm宽带可调谐输出。     

周期极化掺镁铌酸锂晶体光参变产生研究

为了获得1.5μm波段可调谐红外光输出,采用短脉冲电场极化法,在1mm厚的掺镁(摩尔分数为0.05)铌酸锂晶体上成功制备了周期为29μm的极化光栅。利用声光调QNd:YVO4固体激光器直接抽运PPMgLN晶体,开展了OPG光学转换研究工作。在输入3W的抽运光时,得到信号光输出功率为44mW,转换效率1.5%。并通过调谐晶体温度(45℃~160℃),获得了调谐范围1.4538μm~1.4750μm的信号光输出。实现了可调谐红外光的输出,验证了晶体周期结构的均匀性。     

单频光纤激光器抽运的中红外连续单谐振光学参变振荡器

报道了采用自行研制的全光纤主振荡功率放大(MOPA)结构1064nm单频Yb光纤激光器抽运掺氧化镁的周期性极化铌酸锂(PPMgLN)晶体实现3.81μm输出的中红外连续波(cw)单谐振光学参变振荡器(OPO)。单谐振OPO通过e→e+e相位匹配,基于50mm长,28.5～31.5μm多周期的PPMgLN晶体(MgO掺杂摩尔分数为5%),选用其中29.5μm的周期,采用了两镜线性腔结构。在30℃的工作温度下,通过49 W的线偏振激光抽运,获得了最大功率4.25W,波长为3.81μm的闲频光输出,抽运阈值为5W,其对应量子转换效率为31.1%。实验还通过改变PPMgLN晶体的工作温度21℃～170℃,获得了中红外波长3.65～3.82μm激光输出,测量了相应OPO的输出光谱。通过对比实验所测得中红外光输出波长与两组不同的理论计算结果,发现当晶体工作温度大于110℃后,实验测量结果与理论计算结果有一定的偏差,这和实验中晶体在高温区控温精度有一定的关系。     

Widely and continuously tunable optical parametric generator based on MgO-doped periodically poled LiNbO3 crystal

Pulsed optical parametric generators(OPGs)and op-tical parametric oscillators(OPOs)have beenextensive-ly studied and developedfor generatingtunable coherentsources[1-5]that cover the wide spectral range fromthenear UVto the mid IR.In this letter we report…