中红外光参变振荡非线性晶体及器件研究进展

评述了近年中红外光参变振荡器(OPO)的研究进展,主要包括OPO非线性晶体的特性及OPO技术参量与器件系统,给出中红外OPO目前存在的关键问题和今后的发展方向,提出了进一步改善器件性能的可能途径。     

中红外PPMgLN光参变振荡器技术研究

为了实现3.8μm激光输出,采用了1.064μm激光抽运周期性极化掺氧化镁铌酸锂晶体（MgO掺杂摩尔分数为0.05）的光参变振荡器技术,由理论分析得到1.064μm激光抽运PPMgLN实现激光输出时,输出波长与极化周期以及温度的关系曲线。实验中,当晶体周期为29.2μm、温度为400K时,实现了3.8μm激光输出;当抽运功率为35W、声光调Q频率为8kHz条件下,获得3.84μm激光输出的平均功率为3.9W,其转换效率为11.14%,激光光束质量为6.46。结果表明,该技术可以获得较高转换效率的3.8μm激光输出,有望成为中红外激光对抗的激光干扰源。     

中红外砷酸钛氧钾光参变振荡器的实验研究

为了得到高能量中红外激光输出,对电光调Q灯抽运1064nm Nd:YAG抽运复合腔砷酸钛氧钾(KTA)光学参变振荡器(OPO)作了实验研究,在工作频率1Hz时得到OPO输出单脉冲能量6mJ,信号光脉宽10ns,闲频光波长407nm,能量11mJ.在5Hz～40Hz范围单脉冲能量随重复频率增高而降低.实验中采用的复合腔抽运技术有利于提高转换效率,降低起振阈值.使用上述光源对中红外成像器件作实验,在成像系统监视器上观察到激光光斑.这一结果对中红外激光器的研究是有帮助的.     

高重频人眼安全光参变振荡器实验研究

介绍了连续激光二极管抽运声光Q开关Nd:YAG激光器抽运的高重复频率1.57μm人眼安全光参变振荡器实验研究结果.采用连续激光二极管三侧面抽运Nd:YAG模块和QSGSU-6型小型声光Q开关,1.57μm光参变振荡谐振腔置于1.06μm Nd:YAG激光谐振腔内,非线性晶体为X切割的KTP晶体,利用Ⅱ类非临界相位匹配光参变振荡输出1.57μm波长激光.在重频1kHz~5 kHz时进行了初步实验,在重频3kHz时,获得1.57μm高重复频率激光最大输出功率480mW,最大峰值功率58.8kW,脉宽2.72ns,电光效率达2.6‰.试验结果表明,连续激光二极管抽运声光Q开关内腔光参变振荡器是获得高频人眼安全激光的一种有效途径.     

PPMgLN中红外宽调谐脉冲光参变振荡器

采用半导体激光器(LD)端面抽运声光调Q的Nd:YVO4激光器做为抽运源,选用周期性极化掺氧化镁铌酸锂晶体(PPMg LN),通过优化抽运光光束质量和模式匹配,获得了中红外光参变振荡器。实验发现,对于确定的LD抽运功率,当重复频率较小,输出功率随着重复频率的增加而增加,但是达到某一重复频率时,输出功率便随着重复频率的增加而减少。改变PPMg LN晶体的周期,实现了中红外2.95~4.16 mm宽带调谐。     

KTA晶体用于光参变振荡产生2μm激光的研究

为了研究如何产生2μm 激光,提出将KTA晶体用于光参变振荡来产生2μm 激光的方法,通过对比KTA与KTP晶体的非线性性能,从理论上论证了该方法的可行性;并从光学频率变换所遵循的能量守恒与动量守恒出发,利用KTA晶体的Sellmeier方程、根据折射率椭球方程计算出了晶体的切割角度,绘制出了角度调谐和波长的关系曲线图;比较了两种切割方式下的晶体有效非线性系数的大小,通过比较,得出φ=0°,θ=48.37°切割的晶体具有更好的非线性特性的结论;并对该晶体的走离角、允许角、可接受带宽进行了计算,解决了KTA-OPO设计的最基本问题,为下一步的试验工作开展打下了基础.     

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。     

3～5 μm中红外ZnGeP2光参量振荡器输出功率达到0.7 W

用光纤耦合激光二极管抽运的Tm ,Ho∶YLF激光器作抽运源 ,ZnGeP2 作非线性晶体 ,研制成功了中红外光参量振荡器 (OPO) ,在 4 1μm波长处输出功率达到 0 7W。ZnGeP2 晶体具有良好的机械特性 ,1～ 12 μm宽的透明范围 ,较大的非线性系数 (d36 =75± 8pm /V) ,最高损伤阈能量密度为 10J/cm2 ,较高的热导率(0 35W /cm·K) ,因而非常适合作高功率中红外OPO晶体。该晶体在 2 0 5 μm处的吸收系数约 0 1cm- 1,测得的抽运光被 15mm长晶体吸收约 15 %。ZnGeP2 晶体折射率随温度变化相对较大而双折射随温度变化则小得多 ,因而晶体在高…     

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。     

基于PPLN的中红外连续光学参变振荡器研究进展

基于周期性极化铌酸锂(PPLN)晶体和准相位匹配的连续波光学参变振荡器可以在3μm~5μm中红外波段产生连续可调谐相干辐射,在大气环境污染监测、遥感、激光雷达、光谱分析以及军事红外对抗等领域具有很高的应用价值。介绍了基于PPLN晶体的中红外连续波光参变振荡器近年来在高功率、低抽运阈值、宽调谐、窄线宽等方面的研究进展,并对基于PPLN晶体的连续波光学参变振荡器的优势特点及其涉及的一些技术方法展开讨论。目前基于PPLN的中红外连续光学参变振荡器的研究主要集中在上述4个领域,随着抽运光源性能及非线性晶体制备水平不断提高,将向着更高功率、更低阈值、更宽调谐范围、更窄线宽的方向迈进。     

中红外光参量振荡器的最新进展

3μm至5μm中红外激光在光谱学、遥感、医疗、环保及军事等诸多领域都有重要的应用价值和前景。光学参量振荡器（optical parametric oscillator,OPO）作为一种可调谐、高相干光源,可以实现3μm至5μm波长中红外输出。文中简要介绍了光参量振荡器中具有代表性的两种：ZnGeP2-OPO以及PPLN-OPO的最新研究进展,并对光参量振荡器的总体发展趋势进行了展望。     

The tandem optical parametric oscillator

We report the theoretical analysis of a tandem optical parametric oscillator (TOPO) in which the principal OPO generates a signal which pumps a secondary OPO. The signal produced by the principal OPO is resonated in a high-Q cavity containing both nonlinear crystals. This cavity also has low Q for the signal of the secondary OPO. The two OPO's are singly resonant, since neither idler is resonated. We show that the useful output, consisting of the two idlers and the signal of the secondary OPO, can be produced with high efficiency over a large dynamic range in the pump intensity. As an example, we discuss modeling in three space dimensions of a Nd:YAG-pumped monolithic TOPO based on periodically poled LiNbO₃. This TOPO could generate three infrared wavelengths in high-transmission bands of atmospheric water vapor     

发展中的光参量振荡器技术

本文介绍了光参量振荡器的发展历史，详细的论述了各种光参量顺最新进展状况，并分析了其可能的发展趋势。     

Barium borate optical parametric oscillator

Experimental results of the first BaB₂O₄ optical parametric oscillator (OPO) are presented. The pump source was the second harmonic output of a Q-switched TEM₀₀ mode Nd:YAG laser. The OPO had 1 mJ output energy with a peak power of 80 kW in a tuning range from 0.94 to 1.22 μm     

中红外光参量振荡器发展状况分析

讨论了基于双折射相位匹配的AgGaS2,AgGaSe2,ZnGeP2,KTP及其同类晶体KTA光学参量振荡器(OPO)的发展状况;并就基于周期性极化准相位匹配的LiNbO3 光学参量振荡器技术进行了分析。     

双轴晶体KTP光参量振荡器

本文给出了角度调谐KTP光参量振荡器(OPO)的实验结果。采用调QNd:YAG激光器的二次谐波(0.532μm)作为OPO的泵浦源。测到的最大输出能量为19.5mJ,相应的能量转换效率大子19％。调谐范围为0.96～1.2μm。     

KTP单共振光学参量振荡器

本文报道Nd:YAG激光器的二次谐波泵浦的KTP光学参量振荡器的实验结果。实验获得了1.46～1.78μm的单共振参量振荡输出。最高输出能量达15mJ/脉冲,最高量子转换效率为14％。     

双波长输出KTP光学参量振荡器

随着人眼安全激光器在军事上的广泛应用,光电对抗需要一种能够同时输出一定能量1.5x μm激光和1.06 μm激光的OPO装置.对OPO装置的工作物质、系统结构和各项参数进行设计,并研制出1.57μm激光和1.06 μm双波长非临界相位匹配KTP光学参量振荡器(OPO).使用Nd:YAG激光器1.06 μm激光泵浦,获得12 mJ/Pulse的1.57μm激光和57 mJ/Pulse的1.06μm激光,重复频率为1 Hz,单谐振效率达到15%,光束发散角约为3 mrad.     

光学参量振荡器的相位匹配

基于非线性昌体的相位匹配理论，计算了比较典型晶体的调谐曲线，并且详细分析比较了各类光学参量振荡器的相位匹配过程，对周期性极化铌酸锂的准相位匹配理论进行了全面的论述。