High efficiency continuous-wave tunable signal output of an intracavity singly resonant optical parametric oscillator based on periodically poled lithium niobate

In this paper we report on a continuous-wave （CW） intracavity singly resonant optical parametric oscillator （ICSRO） based on periodically poled LiNbO3 （PPLN） pumped by a diode-end-pumped CW Nd：YVO4 laser. Considering the thermal lens effects and diffraction loss, an optical ballast lens and a near-concentric cavity are adopted for better operation. Through varying the grating period and the temperature, the tunable signal output from 1406 nm to 1513 nm is obtained. At a PPLN grating period of 29 pm and a temperature of 413 K, a maximum signal output power of 820 mW at 1500 nm is achieved when the 808 nm pump power is 10.9 W, leading to an optical-to-optical conversion efficiency of 7.51%.

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%。

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。

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。

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。

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。