4.3μm级联振荡Dy···PbGa2S4高功率中红外激光的理论研究

数值模拟了基于级联振荡产生4.3μm高功率连续激光的Dy···PGS激光器。模拟了级联振荡Dy···PGS激光器实现稳定连续输出的全过程,计算给出了激光功率和粒子数密度在谐振腔内的空间分布,分析了泵浦光功率、晶体长度和输出镜反射率对4.3μm激光输出的影响。计算结果表明：级联振荡能有效去除Dy···PGS晶体的自终止效应,获得高功率、高效率的4.3μm激光输出;当1.7μm泵浦光功率为10 W时,4.3μm激光的输出功率可达2.535W,斜率效率为29%;晶体最佳长度区间为12～24mm,闲频光输出镜反射率越高越好,信号光输出镜反射率最佳区间为0.8～0.9。     

2~4μm可调谐OPO参量允差的数值分析

 计算了小信号近似下，KTP晶体中三波互作用允许角，分析了允许角随输出波长的变化规律。研究了Nd:YAG 1 064nm泵浦的KTP-OPO在x — z调谐面上的相位匹配，输出波长不同时失配角的变化对相位失配系数的影响，晶体长度对允许角的影响，以及在一定的调谐精度范围内晶体长度对转换效率的影响。所得结果对红外可调谐参量振荡器的技术设计提供了理论依据。     

低阈值温度调谐PPMgLN红外光参量振荡

研究了温度调谐下周期极化镁掺杂铌酸锂晶体的红外光参量振荡特性。采用外电场短脉冲极化技术,在大小为7.0mm×50.0mm×1.0mm的Z切高镁掺杂(摩尔分数0.05)铌酸锂上制备出了准相位匹配光学微结构器件,极化周期为30.0μm。以输出波长为1064nm的声光调QNd:YAG固体激光器作为基频泵浦光开展了光参量振荡研究。实验表明:泵浦该PPMgLN晶体,实现了室温下低阈值红外光参量振荡产生,阈值功率仅为45mW(重复频率1kHz)。在泵浦输入功率为225mW时,有36mW信号光输出,转换效率达到16.0%,通过调谐晶体温度(20~180℃),获得了调谐范围为1503~1550nm波段的OPO信号光,实现了低阈值可调谐红外光的稳定输出。     

光子晶体光纤放大器增益特性的实验研究

 采用掺Yb³⁺双包层光子晶体光纤作为放大器的增益介质,在双端泵浦方式下,理论并实验研究了不同信号光时放大器的增益特性。在双端泵浦方式下,泵浦总功率为150.2 W、信号光功率为6 W时,获得了72 W的功率输出,斜率效率达到了60%。实验发现当泵浦总功率超过一定值时,由光纤端面反射形成的振荡腔引起放大器寄生振荡,并由于各种非线性效应出现了自脉动现象,影响了输出功率的进一步提高。     

LD泵浦掺铥(Tm3+)光纤激光器的数值分析

首先从掺铥光纤激光器的速率方程和光传输方程出发,建立数学模型,通过Matlab软件进行数值计算,分析了泵浦光和激光沿光纤的分布以及各能级离子数的变化.在不同掺杂浓度下,研究了小信号增益与入纤泵浦功率的关系以及泵浦光和激光功率与增益介质长度的关系.在不同泵浦功率下,研究了输出功率与输出耦合镜反射率的关系.进一步对不同泵浦吸收系数,研究了斜率效率和泵浦阈值与光纤长度的关系.分析结果表明存在最佳光纤长度和最佳耦合输出透过率,使得激光输出功率达到最佳值.     

LD端面泵浦声光调QNd:YVO_4/KTA 1.53μm光学参量振荡激光器

介绍了一台连续激光二极管(LD)端面泵浦声光调Q的高重复频率、高效率1.53μm人眼安全光学参量振荡激光器。激光基质材料采用Nd:YVO4晶体,采用按Ⅱ类非临界相位匹配切割、长20 mm的KTA晶体作为非线性光学晶体。在LD泵浦功率13.7 W,声光调Q重复频率60 kHz时,获得最高平均功率2.6 W的1.53μm信号光输出,泵浦光-信号光转换效率达到19%。在最高输出功率2.6 W下测得单脉冲宽度2.9 ns,对应的单脉冲能量和峰值功率分别为43.3μJ和15 kW。     

光子晶体光纤中交叉相位调制光谱展宽特性研究

实验研究了超高速时分复用信号与探测光同向传输,在色散平坦高非线性光子晶体光纤中的交叉相位调制光谱展宽特性,从光谱学的角度分析了信号光波长漂移,泵浦光与信号光总功率及功率比,二者偏振态失配对交叉相位调制光谱展宽效应的影响,探讨了实现偏振不敏感交叉相位调制效应的可行性。研究发现,在36 nm波长范围,总功率大于23 dBm,泵浦光与信号光功率比合理,二者偏振态匹配时交叉相位调制效果最好,交叉相位调制的偏振相关性为11 dB,指出利用色散平坦高非线性光子晶体光纤中的残余双折射,调节泵浦光与光纤双折射主轴成45°,可以实现偏振不敏感交叉相位调制效应,随后的理论模拟和实验结果相一致。研究结果为实现基于交叉相位调制原理工作的超快全光信号处理器件作了充分准备。     

单块KTA晶体级联光参量振荡2.6 μm激光器

提出了一种新型的基于非临界相位匹配KTA晶体的自级联光参量振荡(OPO)激光技术。采用LD端面泵浦Nd:YVO4晶体实现1.06 m振荡,腔内泵浦按非临界相位匹配角度切割的KTA晶体,将KTA晶体初次OPO产生的1.5 m信号光封闭在腔内用作二次OPO的泵浦光,实现基于单块KTA晶体自级联OPO的转化。在输出功率8 W的808 nm波长半导体激光泵浦下获得输出功率超过400 mW、斜效率12.7%的2.6 m波长激光输出。结果表明基于单块KTA晶体的级联光参量振荡激光器可望成为获得脉冲2.5~2.7 m波段中红外激光的有效途径。     

LD泵浦掺铥(Tm3+)光纤激光器的数值分析

首先从掺铥光纤激光器的速率方程和光传输方程出发，建立数学模型，通过Matlab软件进行数值计算，分析了泵浦光和激光沿光纤的分布以及各能级离子数的变化。在不同掺杂浓度下，研究了小信号增益与入纤泵浦功率的关系以及泵浦光和激光功率与增益介质长度的关系。在不同泵浦功率下，研究了输出功率与输出耦合镜反射率的关系。进一步对不同泵浦吸收系数，研究了斜率效率和泵浦阈值与光纤长度的关系。分析结果表明：存在最佳光纤长度和最佳耦合输出透过率，使得激光输出功率达到最佳值。     

腔内I类非临界相位匹配倍频LBO温度分布对转化效率的影响

在腔内倍频激光器中,非线性晶体的温度梯度造成的相位失配是影响谐波转化效率的关键.用半解析热分析方法得出了非线性晶体LBO在不同基频光参量条件下的温度分布,分析了不同参量对晶体温度分布的影响.分析了温度梯度引起的相位失配对谐波转化总效率的影响,并在不同参量情况下对谐波相对转化效率进行了计算.对腔内倍频激光系统的设计有指导...     

低阈值单谐振周期极化掺镁铌酸锂光参量振荡器

对基于周期极化掺镁铌酸锂晶体的信号光单谐振光学参量振荡器的输出特性进行了实验研究.讨论了光学参量振荡器谐振腔的腔长、周期极化铌酸锂晶体的通光长度、输出镜的透过率以及抽运光的脉冲宽度对光学参量振荡器谐振阈值的影响.光学参量振荡器的抽运源采用输出波长为1 064 nm的声光调Q Nd∶YVO4激光器,在重复频率为2 kHz、周期极化掺镁铌酸锂晶体的温度为30 ℃的条件下,光学参量振荡器的振荡阈值仅为48 mW.当抽运功率为94 mW时获得了25 mW的信号光输出,其光-光转换效率为26.6%.     

低阈值单谐振周期极化掺镁铌酸锂光参量振荡器

对基于周期极化掺镬铌酸锂晶体的信号光单谐振光学参量振荡器的输出特性进行了实验研究.讨论了光学参量振荡器谐振腔的腔长、周期极化铌酸锂晶体的通光长度、输出镜的透过率以及抽运光的脉冲宽度对光学参量振荡器谐振阈值的影响.光学参量振荡器的抽运源采用输出波长为1 064 nm的声光调Q Nd:YVO_4激光器,在重复频率为2 kHz、周期极化掺镁铌酸锂晶体的温度为30℃的条件下,光学参量振荡器的振荡阈值仅为48 mW.当抽运功率为94 mW时获得了25 mW的信号光输出,其光-光转换效率为26.6%.     

Optimally-output-coupled, 17.5 W,fiber-laser-pumped continuous-wave optical parametric oscillator

We present a stable, high-power, fiber-laser-pumped, continuous-wave (cw), singly resonant optical parametric oscillator (SRO) for the mid-infrared in an output-coupled (OC) configuration, providing 17.5 W of total output power at 61% extraction efficiency. Using a single-frequency, cw Yb fiber laser at 1064 nm and a 50-mm-long MgO:PPLN crystal, through optimization of signal output coupling we generate up to 9.8 W of signal power in the near-infrared together with 7.7 W of idler power for 28.6 W of pump, while in the absence of output coupling, 8.6 W of idler power is generated for the same pump power at 30% efficiency. The SRO is tunable over 360 nm in the idler range. The deployment of signal output coupling results in a total tuning of 513 nm (120 nm of signal, 393 nm of idler) over which watt-level output power can be extracted. Through careful control of thermal effects we achieve a long-term peak-to-peak idler power stability of 5% over 14 hours near room temperature. The output beams have TEM₀₀ spatial profile with M ²<1.28 for the idler and M ²<1.37 for the signal.     

Kerr nonlinear switch based on ultra-compact photonic crystal directional coupler

In this paper, an all optical switch based on nonlinear photonic crystal directional coupler has been simulated and analyzed by the finite difference time domain (FDTD) method. The lunched pump signal increases the refractive indices of the central row of the coupler, due to nonlinear Kerr effect, hence the coupler works in the nonlinear conditions and lightwave guides to the other output port. We have tried to increase the coupling efficiency and reduce the required power in the nonlinear status by optimizing the bends structure and increasing the interaction between dielectric and lightwave signal. Therefore, the input signal beam can be controlled to be exchanged between two output ports to earn the highest output power ratio and the smallest amount of power required for nonlinear performance, the physical length of the coupler is determined to be 20a, where a is the structure lattice constant.     

掺铒光纤非线性耦合器的实验研究

提出一种耦合参量可用光调控的掺铒光纤非线性耦合器.用熔融拉锥法熔合两根掺铒光纤,拉制成工作波长为155nm的3dB掺铒光纤耦合器.通过调变输入耦合器一臂的980nm泵浦光功率,可以改变两臂的传播常量差,从而改变耦合器两臂信号光的相对输出功率.通过测量输入泵浦光功率和两臂信号光输出功率,得到直通臂耦合比依赖于泵浦光功率的实验曲线.实验研究表明,当泵浦光功率从0 mW变化至20 mW时,耦合比的变化可达到40％.与理论模拟的结果一致.     

Design and simulation of a switch based on nonlinear directional coupler

In this paper, we have analyzed a nonlinear photonic crystal directional coupler by the finite difference time domain method. We have tried to increase the coupling efficiency and also reduce the coupling length in linear and nonlinear states in this device. In this coupler, refractive index of the rods of the central row is tuned by input signal power due to nonlinear Kerr effect; therefore, input signal beam can be controlled so as to be exchanged between two output ports. Physical length is chosen to be 24a so as to have the highest output power ratio and also the smallest amount of power required for nonlinear performance.     

Low-power-pumped high-efficiency frequency doubling at 397.5 nm in a ring cavity

We report low pump power high-efficiency frequency doubling of a fundamental laser beam at 795 nm, corresponding to the rubidium D1 line, to generate UV light at 397.5 nm using a periodically poled KTi OPO4（PPKTP） crystal in a ring cavity. We obtain maximum stable output power of 49 m W for mode-matching pump power of 110 m W, corresponding to 45% raw efficiency（56% net efficiency when considering the output coupling mirror’s 80% transmission）. This is the highest efficiency obtained at this wavelength in PPKTP with such low pump power. We obtain 80% beam coupling efficiency to single-mode fiber, demonstrating high beam quality.     

LD端面抽运Nd:YLF/KTA连续光参量振荡激光

采用非临界相位匹配切割,尺寸5mm×5mm×20mm的KTA作为非线性光学晶体,进行了基于半导体激光端面抽运Nd:YLF/KTA的内腔式连续光学参量振荡激光研究,获得了中红外3.5μm波段的连续激光输出。为了提高连续光参量振荡腔内信号光的功率密度,降低激光输出阈值,采用对信号光高反射的单谐振腔结构进行激光实验。在8.35W的抽运功率下,分别获得了335mW和110mW的3440nm和1505nm的激光输出,对应的总转换效率达到了5.6%。该实验研究表明半导体激光端面抽运的内腔式KTA连续光学参量振荡也能获得高效的中红外激光输出。     

平顶光端面抽运DPL中热效应对输出功率的影响

用平顶光束描述由多根光纤紧密排列耦合并经透镜整形后的抽运光分布，给出了平顶光束的光强分布，对晶体热效应引起的热致衍射损耗随抽运功率和抽运光束半径的变化规律进行了数值计算，讨论了晶体热效应引起的热致衍射损耗对基横模高斯光束输出功率的影响，并实验验证了基横模高斯光束输出功率随抽运功率的变化规律．结果表明：热致衍射损耗使基横模高斯光束输出功率明显降低．随着抽运光束半径的增大，热致衍射损耗减小，对基横模高斯光束输出功率的影响就减小；抽运功率越大，热致衍射损耗越大，对基横模高斯光束输出功率的影响就越大．