基于PPLN的中红外CW QPM-0P0技术发展综述

光学参量振荡器(OPO)是利用非线性晶体的混频特性实现频率变换器件,是获得可调谐相干光的有效途径之一。准相位匹配(QPM)OPO产生的红外波段光在红外军事对抗、大气环境监测、医学、特殊环境远距离监控以及光谱学研究等诸多领域有重要的应用价值。而连续(CW)周期性极化铌酸锂(PPLN)OPO是3—5μm中红外大功率连续激光源的最佳选择。本文阐述了QPM技术的原理和特点,综述了中红外CWOPO的发展状况,重点放在CWPPLNOPO技术的发展上,并指出了其发展趋势及应用前景。

11.2W中红外3.8μm激光器

报道了采用1064nm激光抽运PPMgLN晶体准相位匹配技术实现3.8μm激光输出的实验结果。抽运源为二极管激光连续抽运Nd:YAG晶体声光调Q1μm激光器,PPMgLN晶体(MgO掺杂浓度5mol%)单谐振光参量振荡技术采用e→e+e相位匹配,消除了光束之间的走离效应,利用了PPMgLN晶体的最大非线性系数d33(27.4pm/V)。在1064nm激光抽运功率94W,声光Q开关工作频率8kHz的条件下,获得了平均功率11.2W,波长3.84μm激光输出,光-光转换斜率效率14.5%,对应闲频波长1.47μm激光输出功率约28W。3.8μm激光水平方向和垂直方向光束质量M2因子分别为2.01和5.78。

周期极化KTP晶体光参量振荡特性研究

基于较新的Sellmeier方程 ,研究了周期极化钛氧磷酸钾 (KTiOPO4 简称KTP)晶体光参量振荡的容差特性 ,给出了极化反转光栅周期、晶体温度及泵浦光波长的调谐曲线和带宽的容差特性曲线 ,并与PPLN晶体作了比较

周期极化铌酸锂THz波产生理论分析

首先采用光参量振荡的机理研究了THz波在准相位匹配媒质周期极化铌酸锂晶体中同向传播与反向传播情况下 ,以及THz波从晶体表面辐射产生的特性 ;其次研究了THz波的温度调谐特性、极化反转光栅周期调谐以及改变入射泵浦光与光栅波矢夹角的调谐特性 ;然后分析了THz波谱宽特性 ,给出解析表达式 ,并与实验结果进行了比较 ,证明理论分析结果与Y .S .Lee等人所给出的实验结果符合很好 ;最后分析了THz波的稳定性与温度、光栅周期。

基于周期性极化铌酸锂的波长可调谐光参量振荡器(英文)

本文报导了基于周期性极化铌酸锂 (PPLN)波长调谐准相位匹配 (QPM)的光学参量振荡器 ,该光学振荡器是由一个声光Q开关连续二极管泵浦的Nd :YVO4激光器所泵浦。采用温度、角度和周期调谐就能获得宽的波长调谐输出。论文对这几种调谐方式进行了分析比较 ,这对于实现宽波长、快速、连续调谐相干光源是有益的。

准相位匹配PPKTP极化反转的监测

文中提出了采用电光效应实时监测判断KTiOPO_4(KTP)晶体周期性极化反转进程的实验方案,分析了在高压电场极化脉冲作用下,KTP晶体的电光效应的基本特性和极化电流所表现出来的峰值特性,以及它们与KTP晶体的铁电畴反转之间存在的依赖关系,并确定了用监控光强的变化来判断极化反转程度的基本依据,在监测系统的帮助下对熔盐法生长的KTP晶体进行了极化反转．最后对获得的PPKTP进行了化学蚀刻,结果表明,获得的PPKTP质量有了明显提高．倍频转换效率达到1．13%．

单到单和单到双信道皮秒脉冲全光波长转换的实验研究

基于周期极化反转铌酸锂(PPLN)光波导级联倍频和差频(SHG+DFG)的二阶非线性效应,提出并实验研究了皮秒脉冲的可调谐波长转换以及单信道到双信道的波长转换.信号光采用重复频率为40GHz,脉宽为1.57ps的脉冲信号.连续抽运光由光纤环形腔激光器(FRL)提供.不同于传统的SHG+DFG型波长转换,信号光固定在PPLN光波导倍频过程的准相位匹配(QPM)波长处,通过调节抽运光的波长实现了转换空闲光的可调谐输出.当使用两个抽运光时实验观察到了单信道到双信道的波长转换.

一种新型任意波形高压电源在PPKTP晶体研制中的应用研究

对周期极化KTP(PPKTP)晶体的外加电场极化方法及实时监控方案进行了分析,根据实验要求设计了一种新型的任意波形高压电源,它具有波形任意设定、操作直观简捷等优点,为操作者提供了鼠标绘图界面,可以精确地输出高压方波、高压三角波等实验所需波形,在PPKTP制备过程,尤其是实时监控方案中取得了理想的实验结果。

用于KTP晶体极化反转的高压脉冲电源的研究

分析了KTP晶体的外电场周期极化反转的机理,设计并研制出一种采用高压开关管的高压脉冲电源,可以将任意信号发生器输出的2V方波脉冲波形放大,输出最高电压为5000V、上升沿小于50μs、最大输出电流超过30mA、脉宽为任意的方波脉冲。用此高压脉冲电源在KTP晶体上进行多次极化反转实验,得到良好的实验结果。

PPLT光参量振荡实际输出波长偏差分析

通过分析OPO实现参量的过程,分析了在样品周期和抽运波长确定时,光传播方向严格平行于晶体通光主轴时由温度调谐实际所引起的PPLT-OPO输出波长的偏差。同时也对光束传输方向与通光主轴方向成小角度的情况作了相应的分析,并对两种情况加以比较。

准相位匹配PPLN倍频波导的制备

采用外加电场极化法,运用两步多次高电压脉冲触发的技术,成功地制备出极化区域直径为26mm,周期为6.4μm的Z切0.5mm厚度的PPLN晶片.晶片的畴反转占空比接近50％.同时给出了制备准相位匹配PPLN倍频波导的实验参数.

PPLN-OPO光参量振荡实际输出波长偏差分析

通过分析OPO实现参量过程为例,假定晶体周期确定,抽运波长确定,光束传输方向与晶体光轴方向严格平行,分析了温度调谐实际所引起的PPLN-OPO输出波长的偏差.同时也对光轴方向与光束传输方向成小角度的情况作了相应的分析,并对两种情况加以比较.

分段小信号近似方法研究准相位匹配倍频效率

从PPLN波导微结构出发分析准相位匹配倍频过程中的相位补偿机理,以极化畴为单元,通过耦合波方程计算极化畴内产生的二次谐波电场,通过电场相干叠加计算倍频效率。分别在小信号近似和基频光高消耗情况下计算准相位匹配倍频效率,结果显示:倍频效率小于5%时,两种情况下的计算结果吻合得很好;随着转换效率增大,小信号近似不再适用,需要在基频光高消耗情形下计算倍频效率。研究了基频光功率密度与准相位匹配倍频效率的关系,定性分析了极化周期存在误差时,误差对倍频效率的影响。

PPLN准相位匹配内腔光学参量振荡器的实验研究

将准相位匹配光学参量振荡器（QPM-OPO）置于激光二极管（LD）端面泵浦的声光调Q1064nm-Nd：YVO4激光器谐振腔之内,获得了信号光单谐振的内腔光参量输出。在声光Q开关重复频率为25kHz的条件下,内腔参量振荡的阈值仅为0.9W（LD功率）。在6WLD泵浦功率下,获得了350mW的信号光输出。通过在120℃～250℃范围内改变PPLN晶体的温度,信号光输出实现了在（1493～1538）nm波段的调谐。

基于周期极化铌酸锂的可调谐内腔光参量产生的实验研究

实现了基于周期极化铌酸锂的人眼安全波段全固态可调谐高重复频率内腔光学参量产生过程,得到了1.6W的二极管泵浦阈值,最大输出信号光功率为330mW,并在(1.497～1.517)μm范围波长可调。

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.

1064nm泵浦温度调谐PPLN光学参量振荡器

对脉冲泵浦的温度可调准相位匹配(QPM)光学参量振荡器(OPO)进行了研究。LD泵浦的声光调QNd∶YAG激光器输出的1064nm脉冲激光做泵浦源,极化周期为30.7μm的单周期PPLN做光学参量振荡器的参量晶体,通过控制参量晶体的温度可以得到信号光的波长调谐输出。在LD电流17A得到信号光的平均功率最大为230mW,转化效率达13%。

周期极化GaAs晶体中差频产生太赫兹辐射的研究

传统的光学差频产生的太赫兹辐射转换效率低,不能获得高功率太赫兹辐射。本文对周期极化GaAs晶体中差频产生太赫兹辐射进行了理论计算,通过温度调谐实现了周期极化GaAs晶体中差频获得可调谐太赫兹波的输出。为了提高差频过程的增益和量子效率,在准相位匹配基础上引进了级联差频机理,并对最佳晶体长度和最佳泵浦频率进行了计算。结果表明,利用周期极化的GaAs晶体可以获得更高能量更高效率的太赫兹波辐射。

GaP,GaAs和PPLN晶体级联差频产生太赫兹辐射

研究周期极化磷化镓晶体(GaP)、砷化镓晶体(GaAs)和周期极化铌酸锂晶体(PPLN)准相位匹配级联差频产生太赫兹辐射,相较于差频过程,级联过程太赫兹辐射输出功率增大9.5倍。通过分析三波耦合方程,计算并比较晶体的波矢失配量、极化周期和太赫兹功率,结果显示,基于GaP晶体产生的太赫兹功率略大于GaAs晶体输出的功率;GaAs晶体的极化周期最小;PPLN晶体的波矢失配量和极化周期取值范围最小,而输出的太赫兹功率和转换效率最高。建立基于周期极化掺氧化镁铌酸锂晶体(MgO:PPLN)准相位匹配原理的宽调谐激光系统,分析吸收因子对输出太赫兹功率的影响,计算级联差频峰值功率和转换效率。十五阶峰值功率3.72 MW,泵浦光总能量到太赫兹辐射能量的转换效率是3.72%。

Experimental Research on Single-Pass SHG from Periodically Poled LiNbO_3 Crystal

Quasi phase matching (QPM) periodical poled LiNbO 3(PPLN) is designed and successfully fabricated to enable second harmonic generation(SHG).The samples were Z cut 0.5 mm thick and grating period is Λ=6.8 μm for the first order QPM of continual wave λ=1.064 μm which is emitted by Nd∶YAG laser at room temperature 27 ℃. The output single pass SHG power was tested by an authorized optical system. The normalized max conversion efficiency is calculated to be 0.25 0 0(W·cm) -1 .The fabrication and parameters calculated method are introduced, and testing scheme is described in this paper. Even some ideas to improve conversion efficiency are offered.