LD泵浦Nd∶YVO_4/KTP/BBO紫外激光器

本文报道在国内首次实现的ＬＤ泵浦的四倍频连续紫外激光器的实验结果．首先研究了ＬＤ泵浦的Ｎｄ∶ＹＶＯ４激光器，在普通平－平腔结构下，得到斜效率５５．６８％，激光输出波长１０６４ｎｍ；利用ＫＴＰ作为倍频晶体，实现腔内倍频，在泵浦功率１１．８５Ｗ时得到绿光（５３２ｎｍ）输出１．３５Ｗ，光－光转换效率１１％；用ＢＢＯ晶体进行外腔谐振倍频。

外腔共振和频系统中阻抗匹配的理论研究

外腔共振是提高和频效率的有效方法.实现外腔共振高效和频需要基频光高效地耦合到外部谐振腔中,因此系统要达到阻抗匹配.本文分别建立了双波长和单波长外腔共振和频系统的理论模型,分析了腔增强因子与耦合腔镜反射率、入射基频光功率等参数的依赖关系,通过数值模拟获得最优化的共振光耦合腔镜反射率,使系统达到阻抗匹配,提高和频效率.研究表明,无论双波长还是单波长外腔共振和频系统,共振基频光的最佳耦合腔镜反射率只会随着另一束共振或者不共振的基频光入射功率的增加而减小,而其本身的入射功率变化则影响较小;进一步分析表明,若共振基频光的耦合腔镜反射率超过阻抗匹配值,和频光功率将会迅速减小,而小于阻抗匹配值时,和频光功率减少速度相对较慢,因此实验过程中要尽量避免过耦合的情况出现.本文的理论分析过程将对外腔和频实验有一定的指导意义.

双端输出外腔谐振倍频的运转特性研究

准相位匹配晶体外腔谐振倍频是获得高效率短波长激光稳定输出的技术之一。为消除高功率激光抽运时非线性级联过程的影响、提高倍频激光的输出功率,本文设计了一种双端输出倍频谐振腔。首先在实验上比较了双端和单端输出谐振倍频过程的倍频效率和输出功率;并在理论上分析了双端腔型下基频光与倍频光相对相位的变化对于倍频输出光功率的影响,通过控制相对相位可以获得高的倍频光输出功率。实验结果与理论分析基本吻合。

复合共鸣腔Janus宽带换能器

提出了一种复合共鸣腔Janus换能器设计思想。在Janus-Helmholtz换能器基础上,增加Janus-Hammer Bell的圆环谐振模态,利用换能器三种工作模态的互相耦合,有效拓宽了换能器的工作频带。同时换能器整体采用溢流设计,实现内外静水压力平衡,适用于深水工作。文章首先介绍了复合共鸣腔的工作原理,给出了圆环模态谐振频率的近似估算公式,通过与有限元方法结果对比证明了近似公式的有效性。利用有限元方法对换能器进行了结构优化,并根据优化结果制作了实验样机。最终测试的结果与仿真结果呈现了很好的一致性。

谐振腔对光波的动态响应

本文将谐振腔视作线性时不变系统,借鉴线性系统信号处理的方法,考察了谐振腔对光波的动态响应,得到相应的数学解析描述,该方法可以适用于任意形式的注入光波.从这个角度分析,传统的脉冲腔衰荡光谱技术实际上是考察谐振腔的冲激响应,而连续腔衰荡则是考察谐振腔的阶跃响应.此外,针对注入光波长缓慢变化的特殊情况,考察了谐振腔对频率线性啁啾光波的响应,并获得了解析形式的数学描述.在此情况下,谐振腔输出的光功率信号的频谱包含了腔内光谱的信息,利用本文的数学描述,可以很容易地从信号频谱反推出待测光谱.据此,提出了一种谐振腔增强光谱测量的新方法,称为频域腔衰荡光谱.本文的研究成果可以应用于各种类型的谐振腔增强光谱,也可以应用于基于谐振腔的各类光学技术,比如P-D-H激光稳频技术.

1967~2033 nm波段硅基可调谐外腔半导体激光器设计与仿真

2μm波长附近可调谐半导体激光器在分子光谱学和光通信领域中有广阔的应用前景。基于绝缘体上硅(SOI)平台,对2μm波长附近可调谐半导体激光器的外腔部分进行了设计优化。分析了不同尺寸光波导的模式损耗特性、单个微环谐振腔受总线波导耦合间距的作用以及总线波导光反馈终端对外腔半导体激光器性能的影响。并提出了一种具有高工艺兼容度的多模环形光波导光反馈结构。所设计的可调谐半导体激光器硅基外腔可通过环形波导上的镍铬合金微加热器进行0.1 nm/K的高精度调谐,对单个微加热器施加3.2 V电压时,调谐范围可达66 nm(1967~2033 nm)。

KTP晶体环形腔外腔倍频Nd∶YAG激光光束特性的研究

为了解决精细聚焦问题,采用Nd∶YAG倍频技术以获得短波长激光器。在激光烧结技术、获取短波长激光的方法、短波长激光光束特性等方面进行了研究和探讨。从理论和实验两方面,研究了利用KTP晶体对Nd∶YAG激光进行环形腔外腔倍频的方法。这种倍频所利用的基频光最大平均功率为50W,采用声光调Q技术,频率约为1005Hz。当基频光平均功率约为35W的情况下,实验中光光转换效率约为314%。利用BEAMCODESYS光束质量分析系统对二次谐波与基波光束质量进行了比较,并比较研究了二次谐波与基波的聚焦特性。实验中测定的二次谐波TEM00模所占比例约为95%。利用短波长可以获取更小聚焦尺寸,可以在激光粉末成型中得到更微小的成型尺寸,展示了二次谐波在微成型方面应用的初步成果。

基于KTP键合晶体的Hansch-Couillaud双波长外腔频率锁定机理

基于KTP键合晶体采用Hansch-Couillaud频率锁定技术实现了双波长外腔同时共振,理论和实验上分别研究了基于键合KTP晶体的HC频率锁定方案.研究表明,与采用单KTP晶体的结果相比,采用键合KTP晶体进行HC锁频时,能将激光频率分别锁定到e1光或e2光的共振峰值.实验中将环形腔腔模频率锁定到938nm激光器的输出频率上,1583nm激光器的输出频率锁定到环形腔腔模频率上,从而实现了三者之间的相位关联锁定.

基于全光纤环形谐振腔的转移腔稳频技术研究

将保偏全光纤环形谐振腔作为转移腔,实现了1550 nm参考激光器到1572 nm从激光器的频率稳定度转移,并研究了温度对光纤谐振腔长期稳定性的影响。理论和实验表明,仅通过压电陶瓷调谐腔长不能很好地实现频率稳定度转移。因此,提出用压电陶瓷快反馈和温控实现环形腔的稳定度转移,可使从激光器的频率稳定度在积分时间为1 s时的阿伦方差为2×10^-12,在积分时间为1000 s时的阿伦方差为5×10^-12。

基于MgO∶PPLN晶体的1560 nm激光外腔谐振倍频器

报道了一台基于掺氧化镁周期极化铌酸锂(MgO∶PPLN)晶体的1560nm激光外腔谐振倍频器。理论分析了MgO∶PPLN晶体的极化周期容差、吸收损耗以及热透镜效应导致的倍频腔模式匹配效率变化对外腔谐振倍频效率的影响,实验搭建了由国产的MgO∶PPLN晶体和反射腔镜构成的外腔谐振倍频腔,实验研究了不同长度的MgO∶PPLN晶体对外腔谐振倍频效率的影响,并设计出小型化外腔谐振倍频器。利用长度为10mm的MgO∶PPLN倍频晶体,控制MgO∶PPLN晶体的温度为53.45℃,注入功率为1.7W的1560nm基频光,此时最佳谐振倍频效率达84.1%,倍频激光在3h内的输出功率稳定性优于±0.17%。所研制的小型化稳定输出780nm激光的外腔谐振倍频器可用于1560nm非经典光场的制备和基于铷原子的量子存储研究。

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。

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。