宽带准连续光纤激光在周期极化铌酸锂中倍频特性的研究

双包层光纤激光器和非线性光学材料(如周期性极化的铌酸锂晶体,PPLN)相结合,开辟了实用性非线性光学器件的一个新领域。研究了准相位匹配周期性极化反转铌酸锂晶体对宽带准连续光纤激光倍频的温度特性和频谱特性。在理论上,从准相位匹配相位失配关系出发,推导了晶体温度与抽运源中心波长的关系以及温度响应带宽,并和已报道实验结果进行了比较,二者符合得很好。此外,还推导了倍频周期极化铌酸锂晶体对抽运基频光源的响应谱线带宽。在实验上,采用长度20mm,极化周期6．5μm,厚度0．5mm的周期极化铌酸锂晶体光纤激光器准连续宽带输出进行了倍频,获得了在不同控制温度下的倍频光光谱,并对此进行了详细分析。     

光纤型宽带可调连续波差频产生中红外激光器

报道一种新型光纤化宽带可调连续波中红外激光器系统,该激光系统采用准相位匹配(QPM)的差频产生(DFG)技术,非线性晶体为多周期的周期性极化掺镁铌酸锂晶体(PPMgLN),掺镱光纤激光器(YDFL)用作抽运光源,可调激光器经掺铒光纤放大器(EDFA)功率提升后作为信号光源。利用建立的准相位匹配-差频产生系统,获得了连续波中红外差频光输出;实验发现,温度导致相位失谐的半峰全宽(FWHM)为4.5℃;通过优化选择晶体周期,并结合调节信号光波长和控制温度,该准相位匹配-差频产生系统可在3.1~3.6μm内连续调谐。     

高效率中红外2.7μm可调谐激光器

报道了采用1064nm激光抽运周期极化掺杂氧化镁的铌酸锂(PPMgO…CLN)晶体光参变振荡器(OPO)实现高效率2.7μm可调谐激光输出的实验结果,理论计算了PPMgO…CLN晶体准相位匹配(QPM)温度调谐曲线。在1064nm激光抽运功率为182W,声光Q开关工作频率为10kHz和PPMgO:CLN晶体工作温度为150℃条件下,获得了平均功率为36.7W、波长为2.73μm中红外激光输出,斜率效率为23.7%。通过改变周期为31.3μmPPMgO…CLN晶体的工作温度30℃～200℃,获得了中红外波长3.0～2.6μm激光输出,波长温度调谐实验结果与理论分析结果有大约10℃的差异。     

可调谐准相位匹配高效宽带二次谐波转换

高效宽带二次谐波转换在光通信、信号处理和光谱学等很多领域都有重要的应用.通常高效宽带二次谐波转换的研究都集中在几个波长,为了得到可调谐准相位匹配高效宽带二次谐波转换,理论分析了准相位匹配和群速度匹配条件.在此基础上,分别计算了0型和Ⅰ型准相位匹配情况下,温度对5 mol%掺杂氧化镁周期性极化铌酸锂和周期性极化铌酸锂晶体准相位匹配高效宽带二次谐波转换的影响.对于5 mol%掺杂氧化镁周期性极化铌酸锂晶体,在0型和Ⅰ型准相位匹配情况下,分别得到了调谐宽度15 nm和341 nm的可调谐准相位匹配高效宽带二次谐波转换;对于周期性极化铌酸锂晶体,在0型和Ⅰ型准相位匹配情况下,分别得到了调谐宽度44 nm和98 nm的可调谐准相位匹配高效宽带二次谐波转换.拓展了准相位匹配高效宽带二次谐波转换的波长范围.     

基于MgO∶PPLN晶体差频产生的宽调谐中红外连续激光光源

分别以1 083nm和1 550nm波段的窄线宽连续光源为泵浦光和信号光,搭建基于掺MgO周期铌酸锂晶体(MgO∶PPLN)准相位匹配原理的差频非线性效应产生中红外激光实验系统.根据系统温度和信号光波长调谐特性进行实验研究.在泵浦光波长固定条件下改变信号光波长,实现了窄线宽宽调谐中红外连续闲频激光输出,波长覆盖范围为3 547.6~3 629.1nm.当波长为1 082.8nm的泵浦光和波长为1 549.7nm的信号光功率分别放大到2.8 W和3.5 W时,对波长为3 597.0nm的中红外闲频光输出进行长时间功率扫描监测,得到最大功率为3.2mW,功率抖动引起不稳定度小于±1.6%的高稳定的中红外窄线宽激光输出.该研究结果可为设计和研制多波长窄线宽中红外光源提供参考.     

用于定向红外对抗的中波红外激光器技术

针对定向红外对抗系统对中波红外激光器在激光波段、激光功率、激光束散角、激光重复频率以及调制波形等方面的具体要求,通过对光泵半导体激光器、量子级联激光器和基于光学参量振荡的固体以及光纤激光器的技术特点与发展现状的分析比较,和对双折射相位匹配与准相位匹配的特点和最新发展动态的梳理,提出用高功率高光束质量的1 064 nm固体激光器或光纤激光器泵浦基于掺氧化镁的周期极化铌酸锂晶体（PPMgLN）的光学参量振荡器的中波红外激光器方案,其波段转换效率可达到16%以上。     

Ⅰ型准相位匹配周期性极化铌酸锂倍频蓝光输出

在周期为14．5μm的周期性极化铌酸锂中,利用d31得到了一阶Ⅰ型EY^ωEY^ω-Ez^2ω(oo-e)准相位匹配蓝光二次谐波。在150C下,由114μJ抽运光,得到了52μJ,0．473μm倍频蓝光,对应于平均最大转换效率45．6%。制备了一阶和三阶周期分别为4．5μm和13．5μm的周期性极化铌酸锂。在EY^ωEY^ω-Ez^2ω(ee-e)准相位匹配0．473μm蓝光倍频中。150C下,分别得到了41．3%和19%的倍频转换效率。oo-e准相位匹配比传统的ee-e准相位匹配有较大的光栅周期,尤其在短波长区域倍频输出应用中,降低了周期性结构制作的困难,其较大的容许带宽在实验中提高了频率转换效率。实验结果表明了在周期性极化铌酸锂中准相位匹配倍频的偏振相关性。     

周期性极化铌酸锂晶体中半非共线型宽带光学参变放大理论研究

基于周期性极化铌酸锂晶体(PPLN)的准相位匹配光参变放大过程,通过倾斜周期极化铌酸锂晶体中极化域(极化光栅)一定角度,实现了介于共线匹配方式和非共线匹配方式之间的一种半非共线型准相位匹配方式,并以该匹配方式下的各光矢量几何关系得出相位匹配曲线,找到在特定抽运光和信号光波长下能获得宽带增益放大的周期极化长度。并研究其极化倾斜角度与温度特性。模拟计算表明,在合适的角度与温度条件下,该方式可以532 nm抽运光抽运的信号光在800 nm和1064 nm处均获得宽带光参变放大。     

高功率中红外3.8 μm激光器

 采用1.06 μm激光泵浦准相位匹配周期极化铌酸锂（PPMgLN）晶体光参量振荡器,实现高功率高效率高重复频率3.84 μm中红外激光输出。泵浦源为椭圆光斑1.06 μm激光,PPMgLN晶体MgO摩尔分数为5%,光参量振荡器为外腔单谐振结构,采用e→e+e相位匹配,利用了PPMgLN晶体的最大非线性系数。在1.06 μm激光功率为73 W,声光Q开关工作频率为7.5 kHz的条件下,获得平均功率8.3 W,波长3.84 μm激光输出,光-光转换斜率效率14.1％,水平和垂直方向光束质量平方因子分别为1.94,4.57。     

I型准相位匹配周期性极化铌酸锂倍频蓝光输出

在周期为 14 .5 μm的周期性极化铌酸锂中 ,利用d3 1,得到了一阶I型EωYEωY-E2ωZ (oo-e)准相位匹配蓝光二次谐波。在 15 0℃下 ,由 114 μJ抽运光 ,得到了 5 2 μJ ,0 .4 73μm倍频蓝光 ,对应于平均最大转换效率 4 5 .6 %。制备了一阶和三阶周期分别为 4 .5 μm和 13.5 μm的周期性极化铌酸锂。在EωZEωZ-E2ωZ (ee -e)准相位匹配 0 .4 73μm蓝光倍频中 ,15 0℃下 ,分别得到了 4 1.3%和 19%的倍频转换效率。oo -e准相位匹配比传统的ee -e准相位匹配有较大的光栅周期 ,尤其在短波长区域倍频输出应用中 ,降低了周期性结构制作的困难 ,其较大的容许带宽在实验中提高了频率转换效率。实验结果表明了在周期性极化铌酸锂中准相位匹配倍频的偏振相关性。     

准相位匹配PPLN倍频理论研究与优化设计

对准相位匹配周期性极化铌酸锂(PPLN)倍频进行了理论研究，并对聚焦高斯光束条件下的倍频耦合波方程进行了求解，给出了准相位匹配倍频转换效率公式，分析了晶体长度与聚焦程度的关系，在此基础上对倍频谐振腔进行了优化设计，以期获得最大的倍频转换效率.本结果对准相位匹配倍频器件的设计具有一定的指导意义. 关键词： 倍频 准相位匹配 周期性极化铌酸锂     

准相位匹配倍频系统的带宽性质研究

根据准相位匹配倍频原理,讨论了实现宽带二次谐波转换需要满足的条件.以周期性极化铌酸锂晶体和掺杂氧化镁（7mol%）周期性极化铌酸锂（7mol%MgO-PPLN）晶体为例,分别比较了0型（e+e→e）和Ⅰ型（o+o→e）两种准相位匹配情况下宽带高效二次谐波转换的特性.研究表明,对于7mol%MgO-PPLN晶体,同时满足准相位匹配条件和群速度匹配条件的中心波长和带宽向短波方向移动,且0型（e+e→e）准相位匹配情况下可以获得更大的带宽.     

周期性极化铌酸锂波导全光开关特性分析

从理论方面研究了基于和频与差频级联二阶非线性效应的周期性极化铌酸锂波导全光开关的特性,给出了耦合模方程在满足相位匹配条件下小信号近似的解析表达式.用数值方法求解耦合模方程,讨论了相位失配情况下输出的信号光功率与控制光功率的关系.分析了全光开关器件的极化反转光栅周期、晶体温度、控制光波长等参量的容差特性与相互作用长度和晶体温度的关系 关键词： 级联二阶非线性 光开关 准相位匹配 周期性极化铌酸锂     

基于铌酸锂双折射晶体的皮秒拍瓦激光系统光谱整形

为补偿皮秒拍瓦激光系统中钕玻璃宽带放大引起的增益窄化,提出了一种基于铌酸锂双折射晶体的高能量光谱整形方法.在相同强度调制下,对比了BBO、铌酸锂和石英3种晶体,针对1053 nm激光,选用了高双折射率、大口径且不易潮解的铌酸锂作为整形晶体.理论分析了晶体厚度、倾斜角、面内旋转角对强度调制的影响,发现它们分别决定调制的带宽、中心波长及深度.并对整形过程中晶体引入的光谱相位进行了分析,发现各阶色散量随晶体厚度、倾斜角、面内旋转角变化的规律,因此可通过上述参数控制各阶色散量.在此基础上,开展了中心波长为1053 nm、带宽为10 nm、调制深度为80%的光谱整形实验和相位测量实验,实验与理论分析相一致.针对神光Ⅱ皮秒拍瓦激光系统,利用上述整形方案,国内首次实现了1700 J, 6 nm (FWHM)的高能宽带激光输出,有效补偿了增益窄化.研究结果对国内基于钕玻璃放大系统的宽频带激光装置的工程研制具有重要意义.     

基于啁啾周期极化铌酸锂波段可选择光采样研究

对利用啁啾周期极化铌酸锂(CPPLN)波导的和频效应(SFG),实现能覆盖整个C波段和L波段的光采样技术进行了研究。从耦合模方程开始,对转换效率和带宽进行了数值计算和仿真。对传输速率为10 Gb/s的光信号NRZ序列采样,通过软件同步算法恢复采样结果,得到了清晰的眼图和高质量的Q因子。从仿真结果可以看出应用CPPLN波导比周期极化铌酸锂(PPLN)波导具有更宽的带宽,在调谐的抽运光下,可以对C波段和L波段范围内的任何波段进行选择采样,且波段的宽窄可以根据需要,通过调节波导长度和波导啁啾系数进行任意调节。与PPLN波导中的SFG相比,啁啾周期极化铌酸锂(CPPLN)波导的SFG具有更宽的采样带宽、更灵活的波段选择性。     

基于中红外差频激光测量水汽分子同位素丰度

稳定同位素比值的测量在地质学、气象学和地球科学的研究中具有重要的应用价值。水汽同位素丰度的测量对理解与干旱相关的同温层大气科学具有重要的意义。水汽分子在2.7 μm附近具有较强的吸收,适宜于高灵敏度光谱的测量。文章报道了利用差频技术(Difference frequency generation)和准相位匹配技术(Quasi-phase matching),将调谐范围在750～840 nm之间的连续可调谐钛宝石激光器和单频连续的Nd∶YAG激光器,耦合到周期性极化铌酸锂非线性光学晶体中,产生2.5～4 μm波段的中红外可调谐激光。选择周期为20 μm的PPLN晶体,产生2.7 μm附近的中红外差频激光,利用差频产生的中红外激光光源,具有窄线宽、宽调谐等优点。结合光程为100 m的Herriott型多通吸收池,采用直接吸收光谱方法测量了实验室大气中的水汽分子同位素,得到了同位素比值R及17O,18O,D的丰度值δ,实验所测R值与国际标准具有很好的一致性。     

半导体激光直接倍频的488nm蓝光激光器

利用波导型准相位匹配周期极化反转铌酸锂(PPLN)晶体直接倍频波长为976 nm的连续半导体激光二极管,在最佳晶体工作温度(28℃)下,获得了波长为488 nm的连续蓝光输出,最大输出功率大于20 mW。所用的晶体尺寸为8 mm×1.4 mm×1 mm,波导截面为4.5μm×3.5μm,极化周期为5.2μm。研究了波导型周期极化反转铌酸锂晶体的倍频效率与温度的关系,与普通的周期极化反转铌酸锂相比,倍频效率与温度关系的敏感度较低。同时,由于晶体可以在室温下工作,简化了加温与温控部件,提高了整机的工作效率。在此实验的基础上,制成了一台小型的全固态488 nm连续蓝光激光器。     

周期性极化铌酸锂晶体光参量振荡调谐与容差特性分析

研究了周期性极化铌酸锂晶体光参量振荡的工作机理,并讨论了其波长调谐特性与极化反转光栅周期、抽运光波长与晶体温度的关系.在此基础上,通过对相位失配因子求微分的方案,分析了光参量振荡的增益与光栅周期、抽运光波长与晶体温度的关系,以及光栅周期、抽运光波长与晶体温度容差的关系 关键词： 准相位匹配 周期性极化铌酸锂 光参量振荡     

利用连续准相位匹配光学参量振荡器实验强度差压缩态的实验研究

我们利用激光二级管泵浦的全固化单频Nd:YVO4激光器输出1.06μm激光泵浦准相位匹配铌酸锂三共振连续光学参量振荡器,在晶体温度改变8℃的情况下,得到波长范围为1988nm-2293nm的下转换光输出,最低泵浦阈值仅有1.8mW,最高转换效率达16%.并在信号光和闲置光的波长有较大分离(约200nm)的情况下,观察到信号光和闲置光的起伏的关联(0.4dB).     

宽波段连续调谐全固态CW PPMgLN光学参量振荡器

利用半导体激光泵浦输出1064 nm波长的全固态连续Nd:YVO4激光器作为泵浦源,采用周期调谐和温度调谐组合调谐技术,对基于掺氧化镁周期性极化铌酸锂晶体（MgO:LiNbO3, PPMgLN）准相位匹配（QPM）的全固态连续波（CW）光学参量振荡器（OPO）宽波段无分立连续调谐输出特性进行研究。实验采用连续工作模式和外腔结构,基于多周期PPMgLN晶体的30.2,30.4和30.6 m周期,在改变晶体的极化周期的基础上,同时在30～100 ℃范围内调节晶体工作温度。实验结果表明:CW PPMgLN OPO的泵浦阈值仅为0.22 W;不同极化周期需要的温度调谐范围不同;信号光在1 559.8～1 597.2 nm近红外波段和闲频光在3 187.3~3 347.3 nm中红外波段连续调谐输出。实现了外腔式全固态CW OPO在信号光和闲频光波段的无分立连续调谐输出。