对硅基周期极化铌酸锂（PPLN）薄膜脊形波导进行了理论分析，并使用有限元软件模拟了25 ℃下泵浦波长为1560 nm的PPLN脊形波导的准相位匹配（QPM）周期与波导脊高和脊宽的关系。仿真结果表明，在相同脊宽（10 μm）或脊高（10 μm）下，PPLN脊形波导的QPM周期随着脊高或脊宽的增加而增大，最后趋于常数（即块状PPLN的QPM周期）。进一步模拟了在脊高和脊宽维持不变的情况下，PPLN脊形波导的QPM周期与温度之间的关系。结果表明，随着温度的增加，PPLN脊形波导的QPM周期逐渐减小，并且温度每升高1 ℃，QPM周期减小约3 nm。根据仿真结果制作了硅基片上集成PPLN脊形波导器件，将其封装成小体积的光纤入光纤出的波导，并测试了性能。当温度为24.8 ℃、1560 nm基频光输入功率为1.2 W时，最大输出653 mW的倍频光，光光转换效率达54.4%，归一化转换效率为20.2 %?W^-1?cm^-2。

本文设计了一种梯形的周期极化掺镁铌酸锂(PPMgLN)波导, 并通过在传播方向上引入温度梯度来拓宽其倍频(SHG)过程的泵浦光源可接收带宽。通过有限差分的光束传输法, 计算波导的有效折射率, 并进行波导尺寸的设计。结果表明, 通过改变梯形波导不同位置的温度, 使其形成一个温度梯度, 可拓宽泵浦光源的波长可接收带宽。本文所设计的PPMgLN波导最大泵浦光源可接收带宽为C波段, 即1 530~1 565 nm, 该波导可倍频C波段, 得到输出波段带宽为765~782.5 nm, 温度调谐范围为30~150 ℃。

将铌酸锂(LiNbO3, LN)晶体制作成波导型结构能够进一步提高器件的集成度, 已经广泛应用于电光调制器、频率变换、声光调Q等光电器件中, 在光纤通信、光电传感、激光雷达、航天航空等领域具有重要的应用前景。传统的Ti扩散法制作的LN波导在短波应用中抗光折变损伤能力差, 退火质子交换法制作的LN波导只能支持TM模(横磁模)单偏振传输, 应用领域受限。本文提出了一种新型Zn扩散法制作掺镁LN脊形波导的方法, 通过建立波导的扩散模型和仿真, 探索制备的工艺条件并进行测试, 得到的LN波导最低传输损耗为0.86 dB/cm, 光折变损伤阈值可达到184 kW/cm2, 这将为高功率铌酸锂波导集成光电器件的研发提供一种较好的制备途径。

宽谱黄-橙激光是生物医学领域中重要的荧光光源。基于周期极化掺氧化镁铌酸锂晶体(MgO∶PPLN)的宽带准相位匹配技术,提出了一种基于变迹步进啁啾MgO∶PPLN的建模方案。在啁啾MgO∶PPLN中实现了C波段(1525~1565 nm)和波长为980 nm激光的宽带和频,通过遗传算法对变迹率和啁啾周期范围增量进行了数值优化,在波长为600 nm附近获得了转换效率约为-11 dB、带顶波动为0.047 dB、带宽为6 nm的光谱输出,提供了一种高转换效率、小带顶波动的宽谱黄-橙全固态激光输出方案。

为更适用于批量生产激光投影仪, 需要一种具有结构紧凑、性能稳定与低成本等特点的绿色激光器作为绿光光源。采用光胶合的Nd:YVO4/PPMgOLN晶体棒作为增益介质和倍频晶体, 结合一种新型焊接封装工艺, 最终得到了一种紧凑型微片阵列激光器。该激光器3个激光光束共得到了223.7 mW的功率输出, 每个激光光束都有良好的光斑分布和稳定性, 且激光器包含两个内置TEC在内具有47 mm×35 mm×25 mm的紧凑尺寸。激光器连续工作2.5 h波动小于±2.5%。各项性能可以充分满足激光投影仪绿光光源的要求, 并便于低成本批量生产与后期维护。

为了无损表征周期性极化晶体的畴结构，用严格耦合波分析法分析了周期性极化铌酸锂晶体的周期和占空比.以波长为532 nm，功率为20 mW的连续激光器为光源， TE偏振光垂直入射周期性极化的铌酸锂晶体表面，同时对晶体施加电压以改变其正负畴间的折射率差，通过光电探测器检测各衍射级的衍射效率.使用最小二乘法将光电探测器记录的实验数据与严格耦合波分析模拟的结果进行优化拟合，反演出晶体的周期和占空比.测试结果表明，该方法能准确地测试周期性极化铌酸锂晶体的周期和占空比，其周期的测试准确度为0.05 μm，占空比的测试准确度为0.05.比布喇格衍射公式计算的晶体周期准确度提高一个数量级.

为了实现高转化率3μm红外激光光参量振荡输出，采用外加脉冲电场法在厚度为1mm、掺摩尔分数为0.05的镁铌酸锂晶体上成功制备了周期为31.2μm的极化光栅，理论计算并模拟了1064nm激光抽运周期极化铌酸锂晶体时，闲频光波长随温度的对应关系，并进行了实验验证。利用1064nm声光调Q Nd∶YAG激光器作为抽运源对样品进行了光学参量振荡实验，其中，脉冲激光脉宽为200ns，重复频率是20kHz。在控制温度为80℃、输入抽运光功率为5567W时，光参量振荡输出波长3μm的闲频光功率为1.141W，光光转换效率达到20.1%。结果表明，通过此方法制备的周期性极化铌酸锂晶体光参量振荡，具有较高的光光转换效率。

研究了一种基于掺氧化镁周期极化铌酸锂(PPMgOLN)晶体的高效紧凑型的腔内倍频全固态TEM00绿光激光器。倍频晶体选用极化周期为6.96 μm的1 mm长的PPMgOLN晶体,该极化周期对应的准相位匹配(QPM)温度为26 ℃,腔内倍频温度带宽(FWHM)为15 ℃;通过单个温度控制器来控制808 nm半导体激光器、激光晶体Nd∶YVO4、和非线性晶体PPMgOLN的工作温度在26 ℃;在泵浦功率3.6 W的情况下,产生1.84 W的连续TEM00绿光输出,光-光转换效率达到51%,1 h内的输出功率波动小于1%。

差频光源用于大气分子稳定同位素丰度研究需要频率稳定的连续输出的空闲光。基于连续可调谐钛宝石激光器和单频连续NdYAG激光器建立差频系统，为了稳定差频系统产生的红外光源的波长，利用MgOPPLN作为倍频晶体，采用有多普勒展宽的碘分子吸收稳频方法，结合数字比例积分微分(PID)反馈控制技术，将NdYAG激光器的频率漂移量稳定在1.2 MHz/h内，稳定度为4.26×10－9。实验结果表明：增加对压电陶瓷(PZT)的调制电压时，NdYAG激光在1 h内的频率漂移量迅速减小，超过1 V后漂移量趋于稳定；改变对PZT调制频率没有获得较高的稳定度。将频率稳定后的NdYAG激光用于产生3.42 μm附近的差频光源，通过对低压下CH4气体分子吸收谱线的测量，去卷积运算得到差频系统的线宽约为6.9 MHz。实验结果既为该方法用于稳定激光频率提供了重要的参考，又为痕量气体探测提供了频率稳定的差频光源。

报道了一种采用周期性极化掺氧化镁铌酸锂（PPMgOLN）晶体作为倍频晶体的高紧凑型微片绿光激光器。将通光长度为1.5 mm、Nd3+掺杂摩尔分数为1.5%的Nd:YVO4晶体和通光长度为1 mm的PPMgOLN晶体光胶合在一起，端面镀相应的增透/高反膜之后构成紧凑的激光谐振腔。采用光胶合晶体作为单片激光腔，可以实现在高紧凑的体积内获得较高的输出功率。采用单管808 nm激光二极管直接连续抽运，当抽运功率为1156 mW时最高可获得295 mW的532 nm激光输出，光光转换效率最高达25.5%，电光转换效率达11.7%，平均光光转换效率大于20%；2 h内功率稳定度约为2.5%。激光输出光斑呈良好的高斯分布，光束发散角约为17 mrad。