被动调Q腔内单共振光参变振荡器和Cr^(4+):YAG激光器

分析了以Cr4+∶YAG作为饱和吸收体和激光增益介质的被动Q开关Cr4+∶YAG激光器腔内抽运的Cr4+∶YAG激光器和单共振光学参变振荡器(SRO)的特性。建立了描述这类激光器和单共振光学参变振荡器的动力学特性的速率方程。结果表明,适当条件下作为激光增益介质的Cr4+∶YAG同时具有对二阶非线性作用过程产生的处于Cr4+∶YAG激光增益谱范围内的SRO信号波的放大作用。分析中考虑了Cr4+∶YAG较高激发态和激光上能级之间的弛豫时间约为100ns的中间能级对Cr4+∶YAG饱和吸收体和激光器以及ICSRO的影响。

基于掺镁周期极化铌酸锂晶体的内腔单共振连续可调谐光参量振荡器

为了用简单、紧凑的谐振腔获得稳定的激光输出,大的调谐范围和转换效率,设计了信号光单共振V型光学参量振荡(OPO)腔,采用内腔式抽运周期极化掺镁铌酸锂晶体(PPMgLN)的光学参量振荡技术获得了连续中红外宽波段调谐激光的输出。用808nm半导体激光抽运Nd∶YVO4晶体产生的1 064nm激光作为光参量振荡的基频光,通过V型腔灵活控制激光光斑并改变PPMgLN的极化周期和控制温度实现了2 249～3 706nm中红外的连续宽波段调谐激光输出。在半导体激光抽运功率为10.5W,极化周期为29.98μm,控制温度为411K的情况下获得了最高650mW的中红外激光输出,对应的中心波长为3 466nm,线宽为2.6nm,具有较好的单色性。在7.5W的入射功率下,最高808nm抽运光到闲频光的转化效率达7.73%,对应输出功率为580mW。

高功率单共振光学参量振荡器的输出特性研究

研究了在高抽运功率下,单共振光学参量振荡器(SRO)腔型对其输出特性的影响。在理论分析的基础上,实验搭建了基于掺杂氧化镁的周期性极化铌酸锂(MgO∶PPLN)晶体的两镜驻波腔和四镜环形腔SRO。驻波腔SRO的阈值抽运功率为3.2 W,当抽运光功率为14.2 W时,信号光和闲频光功率分别为5.2 W和2.2 W。当抽运光功率大于15 W时,驻波腔SRO输出功率的实测值随抽运光功率的增大而减小,与理论预测偏差较大。环形腔SRO的阈值抽运功率为7.2 W,当抽运光功率为25 W时,信号光和闲频光功率分别为8.1 W和3.6 W。环形腔SRO输出功率的实测值和理论预测基本一致。驻波腔及环形腔SRO输出的信号光在2 h内的功率波动分别优于±2.76%和±2.53%,驻波腔及环形腔SRO输出的闲频光在2 h内的功率波动分别优于±1.24%和±1.19%。驻波腔及环形腔SRO输出信号光的长期频率漂移分别优于±40 MHz及±28 MHz。

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。

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。

内腔倍频单共振光学参量振荡器输出特性分析

连续波单共振光学参量振荡器(SRO)的阈值和稳定运转与共振信号光在谐振腔内传播一周所产生的损耗密切相关。考虑非线性晶体的线性吸收和内腔倍频(IFD)引入的非线性损耗,在平面波近似下建立了描述连续波IFD-SRO输出特性的理论模型,并给出了解析解;理论计算结果与实验结果较好地吻合。根据该结果,预测了532nm绿光抽运的IFD-SRO在共振信号光波长为780nm时的输出特性和1064nm红外光抽运的IFD-SRO在共振信号光波长为1560nm时的输出特性。该理论模型简单、易于计算,为优化设计连续波IFD-SRO提供了指导。

脉冲内腔光学参变振荡器的研究

对于腔内含有KTP光学参变振荡器的调QNd∶YAG激光振荡器 ,利用简单的内腔光学参变振荡器动力学模型 ,用瞬态耦合波方程求解了抽运激光介质反转粒子数、抽运功率和信号光功率的时间演变特性 ,结果显示对于不同的抽运水平和光学参变振荡谐振腔结构 ,内腔光学参变振荡器可以产生一个或者多个信号光脉冲。实验中 ,通过改变谐振腔输出镜的反射率 ,得到了单个和多个信号光脉冲 ,实验结果与理论分析相吻合 ,最后还分析了内腔光学参变振荡器输出的能量和调谐特性。

三模共振光学参变振荡腔中热效应与热自锁定的实验研究

通过在压电陶瓷上加不同扫描速度的三角波电压 ,对光学参变振荡腔进行腔长扫描 ,发现内腔非线性晶体的热效应会严重影响共振峰值功率 ,从而可能用以建立光学参变振荡腔频率的热自锁定。

基于单共振光学参量振荡器实现近红外到中红外激光输出的实验研究

利用结构紧凑的四镜环形单共振光学参量振荡器(SRO)实现了从近红外到中红外的瓦级单频激光输出。通过优化谐振腔腔镜的曲率半径以及谐振腔腔长,设计了双腰斑的四镜环形谐振腔,在两个腰斑处分别放置光学参量振荡晶体MgO∶PPLN和倍频晶体PPKTP。当单频1064 nm泵浦激光的注入功率为21 W时,得到了2.1 W的1550 nm信号光、1.1 W的775 nm倍频光以及1.7 W的3393 nm闲频激光输出,总光光转换效率为23.3%,5 h内信号光、倍频光、闲频光的功率稳定性(均方根)分别优于2.5%、1.6%、0.8%。本团队研制的单频连续波激光器可以应用于包括压缩态光场和纠缠态光场等非经典光场制备的实验中。

非线性光学器件

给出了参考反馈控制函数的表达式以及反馈系数的选择原则。数值结果表明,恰当地选择参考项和反馈系数,可以获得IP、2尸、3尸…2阴又3二尸这样多种不同的所需稳定的周期轨道。