中红外光参变振荡非线性晶体及器件研究进展

评述了近年中红外光参变振荡器(OPO)的研究进展,主要包括OPO非线性晶体的特性及OPO技术参量与器件系统,给出中红外OPO目前存在的关键问题和今后的发展方向,提出了进一步改善器件性能的可能途径。

中红外砷酸钛氧钾光参变振荡器的实验研究

为了得到高能量中红外激光输出,对电光调Q灯抽运1064nm Nd∶YAG抽运复合腔砷酸钛氧钾(KTA)光学参变振荡器(OPO)作了实验研究,在工作频率1Hz时得到OPO输出单脉冲能量36mJ,信号光脉宽10ns,闲频光波长3407nm,能量11mJ。在5Hz^40Hz范围单脉冲能量随重复频率增高而降低。实验中采用的复合腔抽运技术有利于提高转换效率,降低起振阈值。使用上述光源对中红外成像器件作实验,在成像系统监视器上观察到激光光斑。这一结果对中红外激光器的研究是有帮助的。

中红外内腔式单谐振光参变振荡器的研究进展

中红外全固态光参变振荡器,由于其宽的调谐范围、低阈值、高效率、高重复率及小型化的优点,在光电对抗、激光雷达、激光测距、光谱测量以及在环境监测等领域都有广泛的应用前景。全固态中红外激光器一直是激光技术研究的热点。介绍了基于双折射相位匹配晶体(如砷酸钛氧钾和磷酸钛氧钾)和准相位匹配晶体(如周期极化磷酸钛氧钾、周期极化砷酸钛氧钾和周期极化铌酸锂)的中红外内腔单谐振光参变振荡器的国内外一些最新的研究进展,并对其发展趋势进行了展望。

中红外PPMgLN光参变振荡器技术研究

为了实现3.8μm激光输出,采用了1.064μm激光抽运周期性极化掺氧化镁铌酸锂晶体(MgO掺杂摩尔分数为0.05)的光参变振荡器技术,由理论分析得到1.064μm激光抽运PPMgLN实现激光输出时,输出波长与极化周期以及温度的关系曲线。实验中,当晶体周期为29.2μm、温度为400K时,实现了3.8μm激光输出;当抽运功率为35W、声光调Q频率为8kHz条件下,获得3.84μm激光输出的平均功率为3.9W,其转换效率为11.14%,激光光束质量为6.46。结果表明,该技术可以获得较高转换效率的3.8μm激光输出,有望成为中红外激光对抗的激光干扰源。

周期极化掺镁铌酸锂晶体光参变产生研究

为了获得1.5μm波段可调谐红外光输出,采用短脉冲电场极化法,在1mm厚的掺镁(摩尔分数为0.05)铌酸锂晶体上成功制备了周期为29μm的极化光栅。利用声光调QNd∶YVO4固体激光器直接抽运PPMgLN晶体,开展了OPG光学转换研究工作。在输入3W的抽运光时,得到信号光输出功率为44mW,转换效率1.5%。并通过调谐晶体温度(45℃~160℃),获得了调谐范围1.4538μm^1.4750μm的信号光输出。实现了可调谐红外光的输出,验证了晶体周期结构的均匀性。

KTA晶体用于光参变振荡产生2μm激光的研究

为了研究如何产生2μm激光,提出将KTA晶体用于光参变振荡来产生2μm激光的方法,通过对比KTA与KTP晶体的非线性性能,从理论上论证了该方法的可行性;并从光学频率变换所遵循的能量守恒与动量守恒出发,利用KTA晶体的Sellm e ier方程、根据折射率椭球方程计算出了晶体的切割角度,绘制出了角度调谐和波长的关系曲线图;比较了两种切割方式下的晶体有效非线性系数的大小,通过比较,得出=0°,θ=48.37°切割的晶体具有更好的非线性特性的结论;并对该晶体的走离角、允许角、可接受带宽进行了计算,解决了KTA-OPO设计的最基本问题,为下一步的试验工作开展打下了基础。

温度对2μm KTA光参变振荡激光器影响的理论分析

为了了解温度对2μm KTA光参变振荡器的影响,从光学频率变换所遵循的能量守恒与动量守恒出发,利用双轴晶体KTA的塞耳迈耶尔方程、热光色散方程、折射率椭球方程计算出了不同温度下满足相位匹配条件的晶体切割角,绘制出了角度调谐和温度的关系曲线图;采用计算有效非线性系数的近似算法,对晶体的有效非线性系数受温度的影响进行了计算;对不同温度条件下满足相位匹配条件的晶体的走离角、允许角进行了分析。当温度保持在20℃时,晶体用于光参变振荡的效果最好,为实际应用中选择合适的晶体温度提供了理论依据。

色散和高阶非线性对飞秒光参变放大的影响

群速度色散和高阶非线性效应是影响超强超短脉冲抽运下光参变放大能量转换效率的重要因素。为了提高光参变放大的能量转换效率,采用理论分析和数值计算的方法,模拟超强超短激光脉冲抽运下MgO∶LiNbO3晶体中的光参变放大过程,得到了不同抽运功率密度、不同群速度色散条件下光参变放大的能量转换效率曲线,并且讨论了高阶非线性效应对和脉冲时间波形和频谱的影响。结果表明,群速度色散会使抽运光脉宽增加,功率密度降低;大功率密度抽运下高阶非线性效应的影响不可忽略,它会进一步减小能量转换效率,还会使信号光的频谱展宽,为了提高单位晶体长度的参变放大增益,可以通过引入初始啁啾来抵消群速度色散的影响。

光参冻加工工艺研究

以光参为研究对象,确定了光参的熟化工艺和光参凝胶配方。结果表明：光参熟化公式为20-2-30/121℃;黏度仪测定结果表明琼脂凝胶弹性最好,但由于复配性能差,选用卡拉胶、魔芋胶和黄原胶作为复配原料;混合胶的最佳配比为1∶1∶1,复合胶胶粉最适浓度为1%-1.2%;正交试验结果表明：最佳光参凝胶最佳配方为胶粉用量1%、白砂糖用量6%、柠檬酸用量0.25%和CaCl2用量0.1%,但该条件下制得的光参凝胶较酸,调整白砂糖用量为8%后感官评分最高。将光参切条后与凝胶以1∶20（质量比）比例混合,经杀菌、脱模和切片后制得外型美观,口味独特的光参冻。

自抽运光参变振荡器的特性分析

推导了稳态运行的自抽运单共振光参变振荡器(Self-Pumped Singly Resonant Optical Parametric Oscillator,SPSRO)的功率特性表达式。分析了环形谐振腔的结构特性,外部抽运波、激光、信号波的高斯光束聚焦特性,二阶非线性作用过程中的相位失配,以及四能级激光增益介质的端面抽运特性。以掺钕的周期极化铌酸锂(Nd∶PPLN)同时作为激光增益和二阶非线性介质,分析了自抽运单共振光参变振荡器的阈值和输出信号波的功率特性。结果可应用于分析一般激光器和单共振光参变振荡器的功率特性。

准相位匹配光参变振荡非均匀周期间隔

利用光参变振荡中的能量守恒和波矢匹配,同时考虑了铌酸锂晶片的热胀冷缩效应,通过数值计算得到在0.980μm、1.064μm和1.180μm抽运光作用下,固定温度调谐区间内（330-500K）,铌酸锂晶片极化周期与信号光、闲置光的温度调谐宽度关系.研究表明,在各个不同抽运光作用下,信号光和闲置光的温度调谐宽度随铌酸锂晶片极化周期的增加而出现非线性的增大.由此得到相关结论,为了在铌酸锂晶片透光范围内实现连续可调,基于准相位匹配光参变振荡的极化周期具有非均匀间隔设计的特点.

ZnGeP_2光参变振荡器晶体参数的数值分析

给出了3μm^5μm中红外角度调谐ZnGeP2光参变振荡器晶体参数较完整的理论计算过程,分别计算了其角度调谐曲线、有效非线性系数曲线和光参变增益曲线,确定了光参变振荡器的相位匹配方式和晶体的切割角,同时计算了晶体的走离角和相位匹配允许角,所得结果对于ZnGeP2光参变振荡器的实验研究具有一定的参考价值。

一种舟山海域光参与刺参成分及结构的比较分析

比较了一种舟山产光参与普通刺参的基础营养成分及体壁结构特征,为舟山海域光参的精深加工利用提供基础数据。结果表明:光参蛋白质含量低于刺参,粗蛋白含量达53.28%,以胶原蛋白为主,且光参胶原蛋白具有典型胶原蛋白特征,分离得到的α链和β链分子质量分别为98 ku和102 ku,未分离得到γ链;光参蛋白质的氨基酸评分低于刺参,第一限制性氨基酸为赖氨酸;光参含有多种维生素,其中VE含量显著高于刺参,达到2.18 mg/100 g,其余维生素含量较低;光参中含有多种矿物元素,铁含量达150 mg/kg,显著高于刺参(2.3 mg/kg),且光参铅和砷含量较低;光参中含有23种脂肪酸,以单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸为主,含量分别达到35.06%,30.86%;光参肌纤维较为致密,且呈现不规则网状结构,这可能是光参硬度较大的主要原因。

舟山海域光参酶解嫩化工艺研究

以舟山产光参为研究对象,考察复合酶对光参硬度的影响。结果表明:动物蛋白水解酶酶解效果最好,中性蛋白酶酶解后腥味较轻;两种酶复配后最佳酶解工艺条件为光参质量浓度4 g/100 mL,温度40℃,复合比1∶1,酶量6×10^3 IU/100 mL,pH 7,时间1 h;酶解处理后的光参网状结构密度降低,质构变得松散,肌纤维变细,硬度显著降低,光参嫩度显著改善;采用复合酶处理后的光参皂甙活性物质含量显著提高,酶解处理对光参保健功效有促进作用,而多糖含量有少许下降。

光参多肽的酶解制备工艺及其功能特性研究

以光参为原料,首先测定其基本成分,进一步采用酶解法,通过单因素及正交试验确定了光参多肽的酶解制备工艺,并对光参多肽的氨基酸组成、分子量分布及抗氧化活性进行了测定。基本成分测定结果表明,光参的蛋白质含量70.84%,脂肪含量8.71%,灰分含量8.16%,黏多糖含量4.6%。光参多肽的最佳酶解工艺为碱性蛋白酶加酶量2550U/g,酶解时间7.5h,酶解温度50℃,酶解pH9.0,在最佳工艺条件下多肽得率为19.49%。酶解液多肽的必需氨基酸(除色氨酸外)含量为27.948g/100g,占氨基酸总量的36.34%,鲜味氨基酸含量为26.341g/100g,占氨基酸总量的34.25%;酶解液多肽的分子量分布范围为560~58532u,光参酶解液多肽对DPPH·自由基的清除率低于维生素C,但整体呈现上升趋势,当光参酶解液多肽浓度为10mg/mL时,对DPPH·的清除率可达78.28%。

高功率MgO∶PPLN光参变振荡器

报道了一台高功率中红外激光器。通过理论计算,得到了光参量振荡器输出波长随MgO∶PPLN晶体温度变化的调谐曲线,分析了晶体热膨胀对输出波长的影响;通过声光调Q,Nd∶YAG激光器输出的1064 nm激光作为抽运光,抽运掺氧化镁的周期性极化铌酸锂晶体(MgO∶PPLN),利用光参量振荡(OPO)技术实现了1.75μm和中红外2.71μm激光输出。当重复频率为7 kHz,抽运光功率为104 W时,总的平均输出功率为53.2 W,转换效率为51%。从转换曲线上看,并没有达到饱和区域,因此在晶体损伤阈值以下,增加抽运光功率,OPO的输出功率将会有所提高。

双抽运光纤光参变放大的全光多波长变换与码型转换

利用强度调制的数据信号光作为一路抽运光,与另一路直流或者正弦强度调制抽运光组合可以在双抽运光纤光参变放大过程中实现全光多波长变换或者在全光多波长变换的同时实现码型转换。理论上,从信号增益的角度分析了波长转换与码型转换的原理。实验上演示了2.5Gb/s的非归零(NRZ)码信号的全光多波长转换与到归零(RZ)码信号的转换。多波长转换实验表明:双抽运条件下的光参变过程可以实现多波长转换并得到正、反码的输出,还同时对信号有一定的再生作用。码型转换后信号的占空比为30%,消光比也得到提高。

基于周期极化钽酸锂晶体的光参变振荡器技术研究

对基于周期极化钽酸锂(PPLT)晶体的光参变振荡器(OPO)技术进行了理论分析和实验研究,通过三波混频耦合波方程组,计算了PPLT-OPO的波长调谐曲线。分别研究了信号光单谐振结构(SSRO)和闲频光单谐振结构(ISRO)下,PPLT-OPO的中红外激光输出特性。当Nd:YAG激光器输出的1.064μm激光抽运功率为48 W,重复频率为5 kHz时,SSRO和ISRO输出的3.9μm中红外激光功率分别为5.78 W和5.07 W,相应的转换效率分别为12%和10.6%,ISRO输出的3.9μm激光的近场光斑分布和光束质量优于SSRO的输出结果。

利用光参变放大同时实现双波长全光判决的实验研究

为了能够对多路光信号同时实现整形再生,提出了一种在高非线性光纤(HNLF)中利用单抽运光参变放大(OPA)同时实现双波长全光判决的实验方案。该方案基于一段500m长的HNLF,输入信号为两路不同波长的10Gb/s伪随机归零(RZ)码信号,抽运光为10GHz的时钟脉冲。信号光与抽运光在HNLF中发生参变过程,通过两个光带通滤波器,分别滤出两路闲频光波长信号,可以在同一段HNLF中同时实现双波长全光判决。实验中,对两路10Gb/s伪随机归零码信号进行了恶化,以仿真长距离传输损耗及失真,恶化后信号的消光比(ER)分别为9.17dB和8.27dB,判决后的信号ER分别提高到12.8dB和12.66dB。通过实验论证了一种双波长全光判决的实现方案。