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。

单块KTA晶体级联光参量振荡2.6μm激光器

提出了一种新型的基于非临界相位匹配KTA晶体的自级联光参量振荡（OPO）激光技术。采用LD端面泵浦Nd：YVO4晶体实现1.06μm振荡,腔内泵浦按非临界相位匹配角度切割的KTA晶体,将KTA晶体初次OPO产生的1.5μm信号光封闭在腔内用作二次OPO的泵浦光,实现基于单块KTA晶体自级联OPO的转化。在输出功率8W的808nm波长半导体激光泵浦下获得输出功率超过400mW、斜效率12.7%的2.6μm波长激光输出。结果表明基于单块KTA晶体的级联光参量振荡激光器可望成为获得脉冲2.5～2.7μm波段中红外激光的有效途径。

KTA和KTP晶体参量激光特性研究

讨论了激光二极管阵列(LDA)侧面泵浦声光调QNd∶YAG内腔式光学参量振荡器(OPO)的阈值特性;在相同的实验条件下,对比分析了KTA和KTP晶体参量激光输出特性。当声光重复频率为4kHz,输出镜透过率为30%,泵浦电流为14.5A时,波长为1.57μm,KTA晶体参量激光平均输出功率最大为613.4mW,脉冲宽度约2.5ns,峰值功率超过61kW。

KTP和KTA晶体在3~6THz波段的折射率测量

利用太赫兹（THz）光参量发生器,测量了KTP晶体和KTA晶体在3-6THz波段的折射率。利用一束脉冲宽为5ns的Nd：YAG 1 064nm激光作为泵浦源,分别泵浦KTP晶体和KTA晶体,获得了一束宽谱的Stokes光;测量了泵浦光和产生的Stokes光的非共线相位匹配角度以及对应Stokes光的波长,通过计算得出了KTP晶体在3.07-6.12THz波段对应的折射率为2.81-5.05;KTA晶体在3.71-6.19THz波段对应的折射率为3.26-4.68。

端面抽运Nd:YAG/Cr^(4+):YAG/KTA被动调Q级联拉曼激光器

报道了基于KTA晶体671 cm^(−1)和234 cm^(−1)频移的LD端面抽运被动调Q级联拉曼激光器。采用Nd:YAG/Cr^(4+):YAG复合晶体产生被动调Q的脉冲基频激光来驱动KTA晶体,研究了不同入射抽运功率下级联拉曼激光的输出功率、光谱和脉冲特性。随着抽运功率的增加,输出激光波长从以671 cm^(−1)和234 cm^(−1)频移级联拉曼的1178 nm单波长过渡到与1212 nm同时输出的双波长。在10.05 W的入射抽运功率下,获得了280 mW平均输出功率,6.2%转化效率的双波长激光。对应的脉冲宽度和重复频率分别为1.2 ns和10.3 kHz,单脉冲能量和峰值功率分别为27.2μJ和22.7 kW。结果表明:基于KTA两个相当增益强度的频移,结合腔镜镀膜控制可以获得丰富的斯托克斯激光波长。

中红外脉冲KTA光参量振荡器实验研究

对3~5 m中红外脉冲KTA光参量振荡器（KTA-OPO）进行了理论及实验研究,对影响转换效率的因素进行了深入分析和系统优化。采用单灯双棒、电光调Q的1.064 m Nd∶YAG激光器非共线泵浦外腔非临界相位匹配（NCPM）KTA-OPO,当重复频率1~25 Hz、泵浦能量120 mJ时,获得波长3.475μm、单脉冲能量〉17 mJ的闲频光输出,最大光光转换效率为14.3%。

KTiOAsO_4晶体的铁电畴与位错的多种实验方法研究

利用原子力显微镜 ,同步辐射X射线形貌术和化学腐蚀光学显微等方法深入研究了KTiOAsO4 晶体缺陷中的铁电畴和位错。首次用原子力显微镜给出了用两种腐蚀剂腐蚀过的KTA晶体表面的铁电畴和位错蚀坑的照片及定量信息 ,如发现铁电畴的明区要高于暗区 ,且两者的粗糙度明显不同。这为研究各种晶体的生长缺陷开辟了一条新的途径。

LD端面抽运Nd:YLF/KTA连续光参量振荡激光

采用非临界相位匹配切割,尺寸5mm×5mm×20mm的KTA作为非线性光学晶体,进行了基于半导体激光端面抽运Nd:YLF/KTA的内腔式连续光学参量振荡激光研究,获得了中红外3.5μm波段的连续激光输出。为了提高连续光参量振荡腔内信号光的功率密度,降低激光输出阈值,采用对信号光高反射的单谐振腔结构进行激光实验。在8.35W的抽运功率下,分别获得了335mW和110mW的3440nm和1505nm的激光输出,对应的总转换效率达到了5.6%。该实验研究表明半导体激光端面抽运的内腔式KTA连续光学参量振荡也能获得高效的中红外激光输出。

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。

新型非临界相位匹配KTA-OPO 2μm激光器

首次提出了一种基于非临界相位匹配KTA光参量振荡的新型2μm脉冲激光技术。采用激光二极管(LD)端面泵浦Nd:YVO4晶体实现1.3μm振荡,腔内泵浦非临界相位匹配切割的KTA晶体,初步实现了超过1W的2.1μm波段激光输出,光光转化效率10%,脉宽3.4ns(30kHz)。相对于其他方式获得的2μm波段激光,具有脉宽窄、峰值高、谱线纯等优点,是一种获得2μm波段激光的有效新途径。

中红外2μm KTA光参量振荡器的输入镜膜层损伤分析

对基于KTA(KTiOAsO4,砷酸钛氧钾)晶体的中红外2μm光参量振荡器的输入镜膜层损伤现象进行了初步分析及对比实验研究,表明薄膜缺陷导致的热效应是造成输入镜膜层损伤、抗损伤阈值低的主要原因,同时发现由于腔镜失调等原因造成的腔内残余1.06μm激光是造成膜层损伤的主要来源,这些结果对改进光参量振荡器系统设计、进一步提高2μm激光输出能量具有一定的指导作用。

基于KTA涡旋光参量振荡器的输出特性研究

采用1064 nm Nd:YAG纳秒激光器以涡旋光束的形式来泵浦采用Ⅱ类非临界相位匹配(NCPM)的KTiOA sO 4(KTA)光学参量振荡器(OPO)同时实现高效率,高能量近-中红外涡旋光束输出,并揭示了近-中红外涡旋光参量振荡器拓扑荷数的选择性转移。当泵浦光源能量为21 mJ时,获得2.06 mJ的1.535μm和1.38 mJ的3.468μm涡旋光束输出。

走离补偿结构的纳秒脉冲光参量振荡器

采用光参量振荡器(OPO)作为差分吸收(IPDA)雷达发射器实现对大气中CO2浓度的主动探测是目前研究的热点,针对双晶体走离补偿结构的纳秒脉冲KTA光参量振荡器进行了详细的研究。将单频脉冲激光器作为泵浦源,采用环形OPO谐振腔设计,两块临界切割KTA晶体走离补偿放置,实现了脉冲重复频率为100 Hz,脉冲宽度为6.8 ns,单脉冲能量为1.43 mJ的1.57μm激光输出,泵浦光-信号光能量转换效率为13.1%,同时对信号光输出功率、光谱的稳定性进行了测量。为实现双波长OPO运转,提出并测量种子注入接收带宽,为下一步的种子注入实验提供设计依据。实验结果表明:稳定环形腔结构的纳秒OPO能够满足IPDA发射器的需要。

临界相位匹配砷酸钛氧钾光参量振荡器研究

为得到3～5μm的中红外输出,对非共线泵浦砷酸钛氧钾(KTA)的临界相位匹配(θ=41.4°,φ=0°)光参量振荡器(OPO)进行了理论分析及实验研究。当以电光调Q的Nd∶YAG激光器泵浦KTA-OPO时,对应输出为3.75μm的中红外激光,重复频率为1～25 Hz,最高输出单脉冲闲频光能量≥4.5 mJ。

KTa_(1-x)Nb_xO_3晶体生长固/液边界层结构的微区研究

测量了KTa1-xNbxO3(KTN)晶体在常温和高温下的Raman光谱;实时测量了晶体生长过程中,固/液边界层内以及边界层两侧的晶体和熔体的高温显微Raman光谱.通过光谱分析获得了KTN晶体生长固/液边界层内的结构特征,以及晶体生长基元从熔体结构经边界层过渡到晶体结构的变化规律.研究表明,KTN熔体中的[Ta/NbO3]结构基团进入到生长边界层后逐步转化为[Ta/NbO6]八面体结构基团,已具有KTN单胞的一些特征.进而讨论了以[Ta/NbO6]八面体为生长基元的KTN晶体有(100),(100),(010)和(010)晶面容易显露的生长习性,发现KTN晶体生长固/液边界层厚度约为80—90μm.

激光二极管侧面抽运声光调QNd∶YAG/KTA 1.57μm人眼安全光参量振荡激光器

利用激光二极管(LD)阵列侧面抽运声光(AO)调Q的Nd∶YAG激光器作为抽运源,研究了在不同声光重复频率和输出镜透过率的情况下,内腔式KTA-光参量振荡器(OPO)的输出特性。通过对单谐振光参量振荡器阈值公式的讨论,采用平凹腔的结构以及较短的腔长,降低了光参量振荡器的振荡阈值。当声光重复频率为4 kHz,输出镜透过率为30%,抽运电流为14.5 A时,光参量振荡器的1570 nm激光输出脉冲峰值功率达到5.6×104W,脉冲宽度为2.5 ns,实验中最大平均输出功率为560.3 mW。结果表明,具有良好热性能的非线性晶体KTA是制造小型、轻便光参量振荡激光器的理想材料。

高效大功率全固态1.5μm腔内光参量振荡器

基于KTA和KTP非线性光学晶体,在全固态大功率1.5μm光参量振荡(OPO)方面做了相关的实验研究,将激光二极管(LD)侧面抽运Nd:YAG 1064 nm高功率激光模块应用于腔内KTA-OPO设计中,获得了高效稳定的光参最输出。当重复频率为18 kHz时,1.53μm信号光功率和脉宽分别为13W和5.46 ns,3.4μm休闲光输出功率为3W。作为比较,对基于KTP晶体的腔内光参量振荡特性也进行了实验研究。结果发现,由于KTA晶体在3.4μm波段的吸收相对KTP晶体来说可以忽略,热效应的影响大为降低,可获得比KTP-OPO更高的输出功率和转换效率。

脉冲式2μm KTiOAsO_4光参变振荡器

为了验证KTiOAsO4(KTA)晶体用于光参变振荡产生2μm激光的可行性,设计了脉冲式2μm KTA光参变振荡器,采用θ=49°切割的KTA晶体作为光参变振荡晶体,实现了2μm激光的输出;计算了该系统在双谐振情况下的起振阈值,在实验中测得输出的信号光、闲频光波长在2.16μm和2.09μm附近,与理论计算基本吻合,并测量了脉冲宽度。同时选用了对信闲光透过率分别为60%、70%、90%的镜片作为光参变振荡器(OPO)输出镜,测得了三种情况下的输出能量及电光效率的数值;测得了在380 V电压下,输出镜透过率一定时输出能量与光参变振荡器腔长之间的关系曲线,从而验证了KTA晶体用于光参变振荡产生2μm激光的可行性,为下一步的研究工作打下了基础。