LD泵浦的Nd：YAG调Q激光器腔内倍频研究

DPL的调Q倍频是获得高重复率绿光输出的有效方法,本文研究了这种激光器的动态特性,提出存在使转换效率最高的最佳非线性耦合系数,它是调Q时反转粒子数超阈值倍数的函数.实验用国产200mWR的MQW—LDA泵浦Nd:YAG激光器,声光调Q,KTP腔内倍频,输出0.4μJ的倍频光,脉宽70ns,峰功率6W.     

104 W内腔倍频全固态Nd:YAG绿光激光器

报道了一台高功率内腔倍频全固态Nd:YAG绿光激光器,针对KTP晶体热效应和激光热稳定腔,采取了对KTP晶体进行低温冷却的优化措施,以便减少KTP晶体的热效应导致的相位失配,同时兼顾了Nd:YAG棒的热致双折射效应和KTP晶体热透镜效应,设计了热稳定谐振腔;实验中采用80个20 W激光二极管阵列侧面抽运Nd:YAG棒和Ⅱ类相位匹配KTP晶体(在27℃时相位匹配角为φ=23.6°;θ=90°,尺寸为7 mm×7 mm×10 mm)内腔倍频技术,谐振腔腔长为530 mm,KTP晶体的冷却温度为4.3 ℃,抽运电流为18.3 A时,实现平均功率达104 W、脉冲宽度为130 ns的532 nm激光输出;其重复频率为20.7 kHz.光-光转换效率为10.2%.     

利用电光效应实现周期极化KTP晶体制作过程的实时监控

KTP晶体与其他非线性晶体相比具有明显的优势,但同时它具有相当高的电导率,因此极化过程中一直存在传导电流,使其不能利用传统的方法有效控制极化反转过程。为了解决这种困难,需要对KTP晶体的极化反转过程进行实时监控。采用了利用电光效应的实时监控方案,并且进行了理论分析,用实验验证了实时监控方案的可行性。与采用该方法前相比,KTiOPO4(简称PPKTP)器件的倍频转换效率提高了数倍。实验表明利用实时监控可以提高周期极化KTP晶体的制备质量和重复性,也可以作为周期极化KTP晶体质量的检验手段。     

以一定重复频率工作的KTP倍频效率的演化规律

基于导带电子密度和材料的有效介电函数的表达式,推导了KTP晶体对532 nm光波的吸收系数. 对比研究了不同峰值功率密度和重复频率下KTP晶体的导带电子密度和532 nm吸收系数的演化规律,以及倍频转换效率的演化规律. 结果表明,随着导带电子密度的增加,KTP晶体532 nm吸收系数随之增加,其倍频转换效率随之减小;当基频光入射功率密度一定时,不同重复频率脉冲作用引起的导带电子密度存在积累效应,导致KTP晶体532 nm透过率及倍频转换效率均随着作用时间的增加呈指数形式变化,随着脉冲重复频率的增加其积累效果更加明显,但随着作用时间的增加,导带电子密度、吸收系数均趋于同一稳定值. 关键词： KTP晶体 灰迹 倍频转换效率     

倍频激光器中KTP晶体失调研究

针对目前常用的KTP晶体,研究其倾斜失调和旋转失调对倍频激光器转换效率的影响。基于主轴坐标系变换,建立KTP晶体倾斜失调理论模型,对倾斜失调和旋转失调时激光非线性频率变换过程进行理论分析并设计实验验证。结果表明,倾斜失调时,转换效率会随着倾斜失调方向的变化出现2个大小不同的窄峰值,且倾斜角度越大,两峰值所在方向夹角越小,其余方向转换效率为零,与理论计算一致;对于旋转失调,Ⅰ和Ⅱ类相位匹配转换效率随失调角度分别呈和/2周期变化。该结果可用于倍频激光器设计。     

用3ω法测量非线性KTP晶体各向异性导热系数

 非线性KTP（KTiOPO₄）晶体的各向异性导热性能对于部分消除热应力以改善倍频效果具有重要作用。建立了3ω法测试系统，介绍了其测量各向异性材料的原理。测试了SiO₂薄膜/Si衬底试样的导热系数，验证了该实验方法及系统的合理性。应用此方法测试得到KTP晶体沿径向和倍频方向（轴向）的导热系数，得到其不均匀度为0.737。结果验证了KTP晶体导热系数的各向异性。设计的实验系统可以有效测量各向异性晶体的导热性能。     

104W内腔倍频全固态Nd∶YAG绿光激光器

报道了一台高功率内腔倍频全固态Nd∶YAG绿光激光器 ,针对KTP晶体热效应和激光热稳定腔 ,采取了对KTP晶体进行低温冷却的优化措施 ,以便减少KTP晶体的热效应导致的相位失配 ,同时兼顾了Nd∶YAG棒的热致双折射效应和KTP晶体热透镜效应 ,设计了热稳定谐振腔 ;实验中采用 80个 2 0W激光二极管阵列侧面抽运Nd∶YAG棒和Ⅱ类相位匹配KTP晶体 (在 2 7℃时相位匹配角为 =2 3.6° ;θ =90° ,尺寸为 7mm× 7mm× 10mm)内腔倍频技术 ,谐振腔腔长为 5 30mm ,KTP晶体的冷却温度为 4 .3℃ ,抽运电流为 18.3A时 ,实现平均功率达 10 4W、脉冲宽度为 130ns的 5 32nm激光输出 ;其重复频率为 2 0 .7kHz。光光转换效率为 10 .2 %。     

基于KTP晶体的斯塔克啁啾快速绝热通道波长转换

通过近似类比原子绝热布居理论,建立了基于KTP晶体的斯塔克啁啾快速绝热通道理论的波长转换模型,系统研究了晶体耦合调制中的耦合迟延参数和宽度参数、泵浦强度、温度、入射波长等因素对转换效率的影响.结果表明在KTP晶体中能实现入射光能量到出射光能量近乎完全的转换,同时转换过程中中间光能量保持极低.离最优晶体耦合调制参数越远,转换效率越低.转换效率先随泵浦强度的增大不断增大,当转换效率达到最大值,增大泵浦强度对转换效率几乎无影响.温度和入射波长的变化对转换效率影响较小.研究结果表明基于KTP晶体的斯塔克啁啾快速绝热通道理论的波长转换具有很好的鲁棒性.该研究可为紫外到中红外光源的获取以及光子器件的制造提供理论依据.     

高效转换的大功率皮秒脉冲激光器

本文描述我们设计的带抗共振环(ARR)的对撞脉冲锁模(CPM)非稳腔Nd:YAP和Nd:YAG激光器,该激光腔结合了CPM腔脉宽窄、工作稳定和非稳腔输出能量高的特点,是一理想的高功率激光器同时选择了KTP、BBO和LBO等优良非线性晶体作为腔内倍频元件,实现高效倍频转换获得×10mJ和5GW/cm²的高能量和高功率绿光皮秒脉冲输出,倍频转换效率高达(50～70)%.     

高功率Nd∶YVO4/KTP腔内倍频晶体温度分布的半解析热分析

非线性晶体KTP采用Ⅱ类相位匹配腔内倍频时,不仅要求晶体满足基频光的偏振匹配条件,而且所选用的晶体要求符合λ/2波片的条件,才能使晶体的谐波转换效率达到最佳.由于倍频晶体吸收基频光能量引起晶体内部非均匀温升,改变晶体内部各点的折射率,也会使晶体产生不应有的热形变,破坏晶体初始的位相匹配条件,严重影响输出激光的品质和倍频效率.减弱、改善这种情况的关键是准确得出在实际工作条件下晶体内部温度场.利用半解析热分析方法得出了KTP晶体内部温度场的计算方法,分析了各种热参量变化对KTP晶体内部温度场的影响.得出的结果具有一定的普适性,可以应用到具有轴对称形式内热源的其它热模型温度场的计算分析中,对连续波腔内倍频激光系统的设计将起到指导作用.     

高功率KTP晶体光参量振荡器热效应

采用有限元分析方法对KTP晶体内部3维温度分布情况进行了精确计算。根据参量过程满足的能量守恒条件和动量守恒条件,利用KTP晶体的热光色散方程计算了参量过程中温度对相位匹配角、光波走离角、允许角及晶体的有效非线性系数的影响。结果表明:晶体内温度分布不均匀;在沿着通光方向上晶体截面温度分布不同;加强晶体表面冷却效果,可有效降低温度对相位匹配角、光波走离角、允许角及晶体的有效非线性系数的影响。     

Walk-off and phase-compensated resonantly enhanced frequency-doubling of picosecond pulses using type II nonlinear crystal

We propose enhanced frequency-doubling inside an external ring-cavity using type II nonlinear crystal. A KTP type II twin-crystal device is implemented for compensation of both walk-off and phase-shift between ordinary and extraordinary fundamental waves. Starting from an 850 mW diode-pumped actively mode-locked Nd:YAG laser at 1.064 μm with 100 MHz repetition rate and 25 ps pulse duration, we performed 54% harmonic conversion efficiency in the green. Received: 31 August 1998 / Revised version: 10 February 1999 / Published online: 19 May 1999     

The thermal effect analysis in the high power frequency-doubled Nd:YAG Laser

In the high power frequency-doubled Nd:YAG Laser, the temperature inside a nonlinear crystal will become non-uniform due to the absorbtion of the fundamental and second harmonic waves, leading to phase mismatch, conversion efficiency reduction and output power instability. This phenomenon appears severe in the high-power high-repetition rate laser system. In this paper, temperature distribution inside a KTP crystal was analyzed by solving the thermal conductivity equation. According to the temperature distribution of the KTP, we have theoretically calculated the optimal phase matching angles, tolerance angles and walk-off angles of type II KTP crystal as a function of temperature. __________ Translated from Chinese Journal of Quantum Electronics, 2005,22 (4) (in Chinese)     

高稳定高转换效率光参变放大器倍频抽运光源研究

为了实现光参变放大抽运光源高稳定输出的目的。通过对倍频过程的数值模拟分析,提出倍频中存在“稳定区”的概念,在基频光强一定的条件下(小于倍频晶体破坏阈值),通过非共线双程倍频的方式或串联倍频的方式可有效延长倍频晶体的有效作用长度,保证倍频工作区能够被控制在“稳定区”内,从而实现高稳定高转换效率的倍频输出。实验数据验证了这一结论,实验中,利用非共线双程倍频的方式使得倍频工作区在“稳定区”内,对波动±5.7%的1064 nm高斯脉冲基频光,倍频光波动小于±2%,脉冲形状为高阶高斯脉冲,转换效率大于70%,实验结果表明,倍频光的稳定性指标相对于基频光提高了近3倍。     

低对称性非线性光学晶体BIBO的倍频性质

测量了BIBO晶体的主轴折射率.对BIBO晶体在整个空间内的倍频性质进行了系统讨论.当基频 光为Nd:YAG激光时（λ=1064nm），发现最大的有效非线性光学系数位于（168.9°，90°） 的Ⅰ类相位匹配方向上.测量了BIBO晶体的容限角、容限温度、光损伤阈值，以及1064nm的 腔外、腔内倍频性质.实验中，最大腔外倍频转换效率达到68%，腔内倍频输出达到1.06W. 关键词： 低对称性 BIBO晶体 倍频     

高峰值功率1．57μm脉冲激光器的研究

KTP非线性频率转换技术是实现人眼安全激光的有效方法,为了获得高峰值功率人眼安全激光,设计了一种级联式1．06μm泵浦非临界相位匹配环形腔KTP光参量振荡器一光参量放大器,并对其激光输出进行了测试,结果证明该光参量振荡器输出激光波长1．571μm,激光峰值功率42MW,光光转换效率35％,能量稳定度2．5％。该技术已用于计量检测标准光源,并在远程人眼安全激光测距仪、激光雷达等装备中具有应用前景。     

Picosecond laser for performance of efficient nonlinear spectroscopy from 10 to 21 microm

Laser tunability from 10 to 21 microm is obtained by use of an optical parametric oscillator based on a KTP crystal followed by a difference-frequency stage with a CdSe crystal. An all-solid-state picosecond Nd:YAG oscillator mode locked by a frequency-doubling nonlinear mirror is used for synchronous pumping.     

Space phase matching and self-frequency-doubling red laser in Nd:GdCOB crystal

By using the calculation theory of the phase-matching direction and effective nonlinear coefficient of frequency doubling in biaxial crystal, we calculate the effective nonlinear coefficients at different frequency-doubling phase-matching directions of the three main fluorescent lines (936, 1060, 1331 nm) of Nd:GdCOB crystal. The space distribution curves of effective nonlinear coefficient are drawn. Two crystal specimens are cut at the optimal type I phase matching angles: for specimen 1, θ=65°, Φ=34.6° (the first octant); for specimen 2, θ=66.5°, Φ=145.5° (the second octant). When pumped by Datachroom-5000 pulsed dye laser, the output self-frequency-doubling red laser in specimen 2 is 0.62 mJ, and the corresponding conversion efficiency is 2.5%. Under the same pumping condition, the output red laser of specimen 1 is much smaller than that of specimen 2, which is well in agreement with the theoretical calculation.     

Simultaneous second-harmonic generation with two orthogonal polarization states in periodically poled KTP

Simultaneous generation of second-harmonic light with orthogonal polarizations in the blue spectral region is demonstrated by use of typeII and typeI quasi-phase matching for the nonlinear coefficients d(33) , d(24) , and d(32) in periodically poled KTP. The second-harmonic power ratio in both polarization states can be tuned by the fundamental polarization and (or) the periodically poled KTP temperature. Femtosecond pulse frequency-doubling efficiencies of as much as 39.5% W (-1) and 8.1% W (-1) are demonstrated in 7-mm periodically poled KTP for typeI and typeII processes, respectively. The efficiency limitations caused by various effects of the group-velocity mismatch are discussed.     

KNbO3和KTP晶体对微微秒YAG激光的倍频效率的比较

用KNbO_3和KTP两种晶体对ps的Nd:YAG激光倍频,从理论分析和实验上进行了倍频效率比较,用3mm的KNbO_3和4.5mm的KTP得到倍频效率分别为52％和45.4％。证明KNbO_3倍频效率高于KTP,但由于KNbO_3的温度特性使得应用上不如KTP方便。