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     

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。     

高功率Nd:YVO_4/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.     

LD抽运的Nd:YAG陶瓷/KTP绿光激光器

报道了一种LD端面抽运Nd:YAG陶瓷、KTP腔内倍频的全固态连续波绿光激光器.当抽运功率为21.6 W时,1064 nm基频输出达到11.3 W,光—光转换效率为52.3%.采用Ⅱ类切割的KTP晶体作为腔内倍频介质,在直腔结构下获得了最大功率为1.86 W的532　nm绿光输出,光—光转换效率为7%.输出光斑具有高斯型强度分布,1 W输出时的M²因子约为1.7. 关键词： 全固态绿光激光器 Nd:YAG陶瓷 KTP倍频 直腔     

输出镜反射性对Ⅱ类相位匹配倍频效率的影响

研究了V型腔Nd∶YVO4/KTP绿光激光器中的输出镜反射相移的产生原因。结合Ⅱ类相位匹配KTP倍频晶体的倍频特性,首次分析了反射相移对腔内基频光偏振特性及Ⅱ类相位匹配倍频效率的影响。结果发现:当反射相移△在0～π范围内变化时,倍频效率随△的增大而降低;当△<2°时,倍频效率相对于理想情况下降幅度很小,可忽略不计。利用矩阵法对输出镜多层膜特性进行了分析,通过合理控制入射角度,减小了反射相移,提高了激光器的倍频效率。     

基于半导体泵浦倍频绿光激光器的探究性实验设计

为探究在谐振腔中倍频晶体位置对绿光激光器输出功率的影响，利用半导体泵浦固体激光实验仪设计了腔内和腔外倍频绿光的探究性实验。分析了绿光倍频效率与基频光束的功率密度及光斑半径之间的关系，分别测量了磷酸钛氧钾(KTP)倍频晶体位于谐振腔內部和外部不同位置时，532 nm倍频绿光的输出功率。其中在腔外倍频实验中，分别设计了腔外不加透镜时KTP晶体位于腔外不同位置，以及加上透镜时KTP晶体位于聚焦位置两种实验方案。同时，在实验中引导学生利用谐振腔理论和高斯光束传输理论等激光原理计算1 064 nm基频光在腔内外不同位置的光斑半径，分析了KTP晶体在不同位置时532 nm倍频光输出功率出现差别的原因，以及利用透镜聚焦提高激光功率密度以达到提高倍频效率的方法。     

KTP倍频器件温度适应性扩展研究

针对目前最常用的KTP倍频晶体, 综合考虑其有效非线性系数和温度半宽度, 采用折中设计有效扩展KTP倍频器件适用温度范围. 对大适用温度范围的KTP倍频器件的设计方法进行了详细的理论分析, 并设计了一种温度半宽度为-20 ℃到50 ℃的KTP倍频器件. 实验结果表明该器件在15 ℃时达到峰值转换效率22.7%, 温度半宽度为70 ℃. 和通常情况下设计的KTP倍频器件相比, 尽管倍频转换效率有所下降, 但显著提高了适用温度范围. 且在温度半宽度高达70 ℃情况下, 其有效非线性系数仍大于LBO, BBO等倍频器件. 该方法对于扩展倍频器件的温度适应性具有普适性.     

温度变化对KTP晶体倍频效率的影响及其消除

对KTP晶体Ⅱ类相位匹配特性和倍频效率随温度变化进行理论分析和实验验证，提出确保倍频效率比较稳定的恒温措施．     

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%.     

带有KTP缺陷的2维光子晶体设计与能带特性

 设计了一种通过改变缺陷介质折射率实现能带特性改变的可调谐2维光子晶体激光器微腔,在光子晶体中引入点缺陷磷酸氧钛钾(KTP),在KTP两端施加交流电场控制KTP晶体折射率变化。实验过程中观察到了正方排列的光子晶体随着KTP 晶体折射率逐渐增大,晶体禁带数量减少,且向归一化频率小的方向移动,禁带宽度基本不变;而三角排列的晶格能带随着KTP折射率增大,禁带逐渐变窄,且有向低频方向移动的趋势。用平面波展开法分析了晶体的能带结构,得到理上的描述。     

Simultaneous Q-switching and Frequency-doubling by a Single KTP Crystal in a Diode-pumped Nd:YVO4 Laser

The interrelation between the phase matching condition for second harmonic generation (SHG) and the electro-optic Q-switching in KTP was numerically analyzed. A diode-pumped Q-switched Nd: YVO4/KTP green laser was reported, where the KTP crystal was simultaneously used as both an electrooptic Q-switcher and a frequency-doubling crystal in type Ⅱ phase matching.Compared with the conventional frequency-doubling and Q-switching configuration, low loss and high efficiency characteristics were realized by using a single KTP crystal. The Q-switched green laser pulse with a peak power of 762 W and a pulse width of 12 ns was obtained with 1 W pump power.     

Efficient intracavity second-harmonic generation at 1.06 μm in a BiB3O6 (BIBO) crystal

We report, for the first time, efficient intracavity second-harmonic generation (SHG) at 1.06 μm in a non-linear optical crystal, BiB₃O₆ (BIBO), at a type-I phase-matching direction of (θ,ϕ)=(168.9°,90°), performed with a LD end-pumped cw Nd:YVO₄ laser. A cw SHG output power of 364 mW has been obtained using a 1.9-mm-thick BIBO crystal. The optical conversion efficiency was 12.2% and the corresponding effective intracavity SHG efficiency was determined to be 32.4%. It was found that the intracavity SHG efficiency is greater than that obtained with a type-II phase-matching KTiOPO₄ (KTP) crystal with a thickness of 3 mm. The effective non-linear optical coefficient (d_eff) ratio of BIBO to that of KTP, determined experimentally, is 1.23:1. Received: 7 May 2001 / Revised version: 6 July 2001 / Published online: 19 September 2001     

Simultaneous Q-switching and Frequency-doubling by a Single KTP Crystal in a Diode-pumped Nd: YVO4 Laser

The interrelation between the phase matching condition for second harmonic generation (SHG) and the electro-optic Q-switching in KTP was numerically analyzed. A diode-pumped Q-switched Nd: YVO4/KTP green laser was reported, where the KTP crystal was simultaneously used as both an electrooptic Q-switcher and a frequency-doubling crystal in type Ⅱ phase matching.Compared with the conventional frequency-doubling and Q-switching configuration, low loss and high efficiency characteristics were realized by using a single KTP crystal. The Q-switched green laser pulse with a peak power of 762 W and a pulse width of 12 ns was obtained with 1 W pump power.     

百瓦级全固态绿光激光器的实验研究

利用80个20 W的二极管呈五角型阵列泵浦Nd:YAG棒,采用KTP晶体（Ⅱ类相位匹配θ＝90°,φ＝23.6°）腔内倍频、单声光调Q装置、平凹直腔结构,在泵浦电流17.5A、声光调制频率20.4kHz 时获得了平均输出功率为97 W、脉冲宽度150 ns的准连续绿光;分析了泵浦功率密度及晶体内部温度是影响倍频效率的因素,认为此实验中获得高功率的关键原因是对KTP晶体使用了角度调节并加强了水冷.     

晶体球法直接测量KTP晶体第Ⅰ类相位匹配曲线

报道了35ps激光脉冲射入直径为10mm KTP昌体球的第Ⅰ类相位匹配二次谐波产生实验,根据二次谐波产生转换效率直接测量了KTP晶体的第Ⅰ类相位匹配曲线及相应的有效非线性系数,并与6组色散方程给出的理论匹配曲线比较,指出Vanherzele的公式优于其他五组。     

产生蓝色相干辐射和实现Nd:YAG 1.0642μm倍频90°非临界相位匹配的Nb:KTiPO4

本文报道了用熔盐顶部籽晶法生长Nb浓度(0～13)mol%的Nb:KTP晶体的倍频的Ⅱ型相位匹配的截止波长和Nd:YAG 1.0642μm及Nd:YA1O3 1.0795μm激光在这些晶体中倍频的最佳相位匹配角的测量结果.从中可看出,由于Nb5+的引入使KTP晶体倍频的Ⅱ相位匹配的截止波长有效蓝移,目前已使截止波长蓝移至937nm且有效产生468.5nm的倍频蓝光.同时Nb5+的引入使Nd:YAG 1.0642μm激光和Nd:YA1O3倍频的最佳相位匹配方向产生很大的变化,目前已使Nb:KTP晶体倍频的最佳相位匹配方向为θ＝88.32°、Φ＝0°,非常接近于90°非临界相位匹配方向.     

产生蓝色相干辐射和实现Nd:YAG 1.0642μm倍频90°非临界相位匹配的Nb:KTiPO4

本文报道了用熔盐顶部籽晶法生长Nb浓度(0～13)mol%的Nb:KTP晶体的倍频的Ⅱ型相位匹配的截止波长和Nd:YAG1.0642μm及Nd:YA1O₃1.0795μm激光在这些晶体中倍频的最佳相位匹配角的测量结果.从中可看出,由于Nb⁵⁺的引入使KTP晶体倍频的Ⅱ相位匹配的截止波长有效蓝移,目前已使截止波长蓝移至937nm且有效产生468.5nm的倍频蓝光.同时Nb⁵⁺的引入使Nd:YAG1.0642μm激光和Nd:YA1O₃倍频的最佳相位匹配方向产生很大的变化,目前已使Nb:KTP晶体倍频的最佳相位匹配方向为θ=88.32°、Φ=0°,非常接近于90°非临界相位匹配方向.     

Efficient third-harmonic generation in partly periodically poled KTiOPO(4) crystal

A partly periodically poled KTiOPO(4) (KTP) crystal has been designed to integrate quasi-phase-matched second-harmonic generation (QPM SHG) with sum-frequency generation in one crystal for generating a third-harmonic beam. The highest conversion efficiencies of 45% and 3% have been achieved in our experiments for QPM SHG and third-harmonic generation, respectively, by use of picosecond laser pulses at 1.327 microm . We have also discovered that periodically poled KTP has slightly different indices (n(z)) from bulk KTP.