基于含时分步积分算法反演单体MgO:APLN多光参量振荡能量场

针对脉冲抽运机制下多光参量振荡器内1.57μm和3.84μm跨周期参量光的能量耦合过程,利用含时波动方程建立起关于时间的能量转换模型,并运用分步积分法对模型进行求解,获得参量光转换效率.模拟多光参量放大器输出参量光波形,证实逆转换和模式竞争是影响多光参量振荡的重要因素.进一步,模拟外腔多光参量振荡器1.57μm和3.84μm跨周期参量光的输出情况.分别对比不同输出透过率、晶体长度和谐振腔长度下转换效率的模拟值,证实了输出镜透过率影响1.57μm和3.84μm跨周期参量光的转换效率,同时表明外腔多光参量振荡器存在最佳晶体长度和谐振腔长度.基于仿真结果,开展外腔多光参量振荡器实验.1.57μm和3.84μm参量光转换效率实验值与理论值相吻合,证实此方法能精准地反演多光参量振荡器的能量转换过程,为优化多光参量振荡器、提高参量光转换效率提供了理论依据.     

Zig-Zag板条泵浦的2.12μm激光器

 为了实现窄脉宽、高峰值功率2.12 μm激光的稳定输出,设计了基于侧面泵浦Zig-Zag 板条产生1.06 μm基频光,进而泵浦KTP晶体通过II类相位匹配产生2.12 μm激光的光参量振荡实验。对外腔及内腔进行了实验研究,分别获得了1.53%和2.86%的电光转换效率。在20 Hz频率下内腔2.12 μm输出能量达到70 mJ以上,脉宽7 ns~9 ns。其中内腔实验中能量输出稳定度接近8%。     

1.06 μm泵浦PPLT高重复频率人眼安全激光器

 利用1.06 μm光泵浦周期极化钽酸锂（PPLT）晶体获得1.54 μm激光。采用内腔式光参量振荡结构,利用V型腔优化谐振腔参数,分析了OPO晶体内光斑大小随激光工作物质热焦距的变化以及V型腔夹角对光束质量的影响。当泵浦电功率约为100 W时,获得高重复频率10 kHz、脉冲宽度125 ns、平均功率1.9 W的1.54 μm激光,电光转换效率约为1.9%。     

基于多周期MgO∶PPLN的内腔宽调谐连续中红外光参量振荡器

报道了一种内腔光参量振荡器,该器件通过改变多通道MgO∶PPLN极化晶体的极化周期和温度,可以快速实现3.2~4.1μm中红外参量光可调谐连续输出.采用1.064μm谐振腔与多光参量振荡腔折叠型复合结构,考虑晶体热效应及宽范围调谐参量光振荡过程中光斑模式匹配,通过对两个子腔谐振结构的数值模拟分析,确定最佳腔型结构参数.基于该谐振腔结构,实验研究了多周期MgO∶PPLN晶体的温度和极化周期对参量光波长的影响,实验中克服了MgO∶PPLN晶体在3.8~4.1μm中红外波段较为严重的本征吸收以及量子亏损导致的效率降低问题,获得2.78~4.18μm中红外激光连续调谐输出,调谐范围达1.399μm.在3.2μm、3.5μm、3.8μm、4.1μm四个典型波长下实现了参量光输出,功率分别为1.72W、1.39W、0.79W和0.442W,对应转化效率分别为7.17%、5.4%、3.1和1.84%.     

高斯反射率镜单谐振光参量振荡器模式分析

采用高斯光束传输矩阵描述光参量谐振腔的行为,通过迭代计算模拟高斯光抽运高斯反射镜单谐振光参量振荡器的振荡过程,分析了谐振腔参数和抽运光口径对腔内输出模式的影响。报道了1 064μm脉冲抽运平 GRM腔单谐振非临界相位匹配KTP光参量振荡器的实验,其结果与理论分析相符。     

基于MgO:APLN的多光参量振荡器实验研究及其逆转换过程演化分析

对基于MgO:APLN的多光参量振荡器进行了实验研究. 通过优化MgO:APLN极化结构及参量光耦合输出透过率, 在200 kHz高重复频率1064 nm激光抽运下, 通过单极化晶体实现了1.57 μm, 3.84 μm跨周期参量光输出, 平均功率分别达到2.4 W和1.31 W, 对应光-光转换效率为11.54%和6.25%. 同时针对多光参量振荡过程的逆转换现象, 通过耦合波方程对其进行了数值演化, 并引入“逆转换能量传导区”概念, 指出逆转换能量传导区的存在促使弱增益光学参量振荡器的参量光得到二次增强, 所得结论与实验结果相符合.     

4.1μm高功率中红外内腔光参量振荡器

提出了一种紧凑型、声光调Q、高功率的4.1μm中红外内腔式氧化镁掺杂的周期性极化铌酸锂晶体光参量振荡激光系统.基于内腔单谐振光参量振荡器动力学模型,对内腔光参量振荡器的阈值倍数及下转换效率的影响因素进行分析,提出实验中对光参量振荡阈值调节的办法,优化了大功率情况下光参量振荡的下转换效率.引入共振泵浦与单端键合晶体方式提高了大功率泵浦的热稳定性.基于光场传输理论与谐振腔稳定性理论,并考虑增益介质热效应,数值模拟了大功率泵浦注入时腔内基频光、信号光及闲频光的三波光场模式匹配,以确保光参量振荡器在高功率下稳定运转.对光参量振荡阈值进行调节,提高了参量光的下转换效率,最终得到4.125μm的中红外高重频脉冲瓦级激光输出,激光重复频率1～100kHz可调,脉冲宽度小于9ns,最高单脉冲能量36.7J,最高峰值功率4.257kW,最高输出功率为1.12 W,其对应的下转换效率为29.7%,最大光光转换效率为4.26%.     

1.2 W中红外ZnGeP2光参量振荡器

报导了利用Tm,Ho:GdVO4激光器抽运双谐振ZnGeP2光参量振荡器实验研究.Tm(5%),Ho(0.5%):GdVO4晶体采用液氮制冷方式,工作在77 K温度条件下.以25 W波长为800 nm的光纤耦合激光二极管抽运,2 μm激光最大平均功率7 W,脉冲宽度小于30 ns, 脉冲重复频率5 kHz到20 kHz可调.非线性频率转换晶体ZnGeP2长15 mm,55?切割,OPO谐振腔为平平腔,腔长约25 mm.在5W的2 μm激光抽运下,脉冲重复频率10 kHz,实现了信号光3.7 μm及闲频光4.5 μm中红外激光输出,参量光脉冲宽度为15～17 ns,最大平均功率大于1.2 W,光-光转换效率为20%.测量参量光输出光束全宽度远场发散角4 mrad,光束质量M2因子小于3.     

1.2 W中红外ZnGeP2光参量振荡器

报导了利用Tm,HoGdVO4激光器抽运双谐振ZnGeP2光参量振荡器实验研究.Tm(5%),Ho(0.5%)GdVO4晶体采用液氮制冷方式,工作在77 K温度条件下.以25 W波长为800 nm的光纤耦合激光二极管抽运,2 μm激光最大平均功率7 W,脉冲宽度小于30 ns, 脉冲重复频率5 kHz到20 kHz可调.非线性频率转换晶体ZnGeP2长15 mm,55?切割,OPO谐振腔为平平腔,腔长约25 mm.在5W的2 μm激光抽运下,脉冲重复频率10 kHz,实现了信号光3.7 μm及闲频光4.5 μm中红外激光输出,参量光脉冲宽度为15～17 ns,最大平均功率大于1.2 W,光-光转换效率为20%.测量参量光输出光束全宽度远场发散角4 mrad,光束质量M2因子小于3.     

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。     

Efficient continuous-wave eye-safe region signal output from intra-cavity singly resonant optical parametric oscillator

We report an efficient continuous-wave (CW) tunable intra-cavity singly resonant optical parametric oscillator based on the multi-period periodically poled lithium niobate and using a laser diode (LD) end-pumped CW 1064 nm Nd:YVO₄ laser as the pump source. A highly efficiency CW operation is realized through a careful cavity design for mode matching and thermal stability. The signal tuning range is 1401-1500 nm obtained by varying the domain period. The maximum output power of 2.2 W at 1500 nm is obtained with a 17.1 W 808 nm LD power and the corresponding conversion efficiency is 12.9%.     

1.5μm光通信波段明亮压缩态光场的产生及其Wigner函数的重构

1.5 μm光通信波段非经典光场在光纤中有着极低的传输损耗, 因而是基于光纤的实用化连续变量量子信息研究的重要资源. 本文利用周期极化磷酸氧钛晶体构成的半整块结构简并光学参量放大器, 实验获得了连续变量1.5 μm光通信波段的明亮压缩态光场. 光学参量放大器的阈值功率为230 mW. 当780 nm抽运光场功率为110 mW, 1.5 μm注入信号光场功率为3 mW时, 连续变量1.5 μm明亮正交位相压缩态光场的压缩度达4.7 dB. 进而利用时域零拍探测系统测量压缩态, 采用量子层析技术重构了该明亮正交位相压缩态光场的Wigner准概率分布函数.     

光纤激光泵浦周期极化晶体双波段激光器

针对激光定向干扰系统要求对抗1 m ~3 m和3 m ~5 m 2种类型探测器,需要输出相应2种波段激光,通过高重频调Q技术和种子注入光放大技术,获得高功率高光束质量1.06 m光纤激光输出,外置起偏器获得2束激光输出,分别为泵浦周期极化钽酸锂和周期极化铌酸锂晶体,实现高功率1 m ~3 m 和3 m ~5 m激光输出。在电源输入电流60 A,调Q驱动频率50 kHz的条件下,获得最高功率7.5 W的2 m激光和4.2 W的3.9 m激光,频率转换效率为39.5%。实验结果表明:通过光纤激光器泵浦光参量振荡器,可获得高功率1 m ~3 m和3 m ~5 m双波段激光输出。     

Low noise, continuous-wave single-frequency 1.5-μm laser generated by a singly resonant optical parametric oscillator

We report a low noise continuous-wave (CW) single-frequency 1.5-μm laser source obtained by a singly resonant optical parametric oscillator (SRO) based on periodically poled lithium niobate (PPLN). The SRO was pumped by a CW single-frequency Nd:YVO₄ laser at 1.06 μm. The 1.02 W of CW single-frequency signal laser at 1.5 μm was obtained at pump power of 6 W. At the output power of around 0.75 W, the power stability was better than ±1.5% and no mode-hopping was observed in 30 min and frequency stability was better than 8.5 MHz in 1 min. The signal wavelength could be tuned from 1.57 to 1.59 μm by varying the PPLN temperature. The 1.5-μm laser exhibits low noise characteristics, the intensity noise of the laser reaches the shot noise limit (SNL) at an analysis frequency of 4 MHz and the phase noise is less than 1 dB above the SNL at analysis frequencies above 10 MHz.     

Tunable femtosecond near-infrared source based on a Yb:LYSO-laser-pumped optical parametric oscillator

We demonstrate a widely tunable near-infrared source from 767 nm to 874 nm generated by the intracavity second harmonic generation(SHG) in an optical parametric oscillator pumped by a Yb:LYSO solid-state laser. The home-made Yb:LYSO oscillator centered at 1035 nm delivers an average power of 2 W and a pulse duration as short as 351 fs. Two Mg O doped periodically poled lithium niobates(Mg O:PPLN) with grating periods of 28.5–31.5 μm in steps of 0.5 μm and19.5–21.3 μm in steps of 0.2 μm are used for the OPO and intracavity SHG, respectively. The maximum average output power of 180 m W at 798 nm was obtained and the output pulses have pulse duration of 313 fs at 792 nm if a sech2-pulse shape was assumed. In addition, tunable signal femtosecond pulses from 1428 nm to 1763 nm are also realized with the maximum average power of 355 m W at 1628 nm.     

Continuous-wave, single-frequency intracavity singly resonant optical parametric oscillator at 1.5-μm wavelength

We present a 1.5μm continuous-wave （CW） single-frequency intracavity singly resonant optical parametric oscillator （SRO） based on periodically poled lithium niobate （PPLN）. The SRO is placed inside the ring cavity of a single-frequency 1.06μm Nd：YVO4 laser pumped by a laser diode. The device delivers a maximum single-frequency output power of 310 mW at a resonant signal wavelength of 1.57 μm. The signal wave could be tuned from 1.57 to 1.59 μm by temperature tuning of PPLN crystal over the range of 130 - 170℃.     

基于MgO:QPLN的多光参量振荡器电场调谐特性理论与实验研究

报道了基于掺氧化镁准周期极化铌酸锂(MgO:QPLN)的多光参量振荡器电场调谐特性理论与实验研究. 通过对电场调谐能力与极化结构参数间关联性的理论分析, 确定了高正负晶畴比MgO:QPLN电场调谐的可行性, 并模拟得到跨周期参量光输出波长与加载电压的关系曲线. 实验中通过对MgO:QPLN有效的电场加载, 实现了3.84 μm波段参量光的电场调谐, 频谱调谐带宽约6 nm, 调谐速率接近1 nm/kV, 进一步结合温度调谐, 实现了参量光宽谱段高精度的连续调谐. 所获得实验结果与理论模拟结果基本符合, 电场调谐在精度控制、快速响应方面相比于传统温度调谐更具技术优势.     

非临界相位匹配KTP光学参量振荡器的研究

对电光调Q(Ce,Nd):YAG激光抽运内腔非临界相位匹配(NCPM)光参量振荡器(IOPO)进行了实验研究,实验发现IOPO输出光波长为532 nm、632 nm、1 064 nm、1 100 nm和1 571 nm 5种。OPO输出镜对信号光反射率较大时,信号光出现多脉冲,可以通过控制信号光反射率,使信号光为单脉冲。信号光能量随着抽运能量增加到一定值后出现饱和。