通过研究双折射晶体Nd∶YVO4的偏振特性,利用楔角为10°的Nd∶YVO4激光晶体和倍频晶体KTP(磷酸钛氧钾)在绿光激光器中构造了一个新型双折射滤波器。理论分析了KTP晶体的长度、基频光在KTP中的入射角度和KTP的温度对双折射滤波器选频的影响。实验中使用长度为4.4,5,7 mm的KTP,采用V型腔结构,最后分别获得了90,120,104 mW的单频绿光。实验结果表明,由楔形Nd∶YVO4和KTP构成的双折射滤波器成功实现了激光单纵模运转,且方法简单易行。当KTP晶体长度为5 mm时,测得楔形Nd∶YVO4/KTP激光器的单纵模运转温度范围约为5 ℃。

水汽分子的3ν强振动吸收带位于935 nm附近, 差分吸收激光雷达在这个波段具有高探测灵敏度。不幸这一波段位于Ti: Sapphire激光器增益带宽的边缘和Cr: Alexandrite激光器增益带宽之外, 染料激光器有较高的自发荧光成分而使其光谱纯度不高, 光参量频率转换器可以用作该波段水汽差分吸收激光雷达的发射机。动态稳定的环形谐振腔中有一对走离补偿的、70.7°切角的KTP非线性晶体。它由种子注入单纵模Nd: YAG激光器的二倍频532 nm光脉冲泵浦, 脉冲重复频率10 Hz。通过935 nm分布反馈半导体激光器种子注入和“ramp-hold-fire”方法, 主动锁定光参量振荡器谐振腔的腔长。发射机平均输出功率达到4.5 W, 脉冲长度6 ns, 光(532 nm)-光(935 nm)转换效率大于17%, 光频的短程和长程频率稳定性30 MHz(RMS)。光束质量M2大约7.8, 光谱纯度可以达到99.9%。它将是空间探测大气水汽廓线遥感器的候选光源之一。

研制了脉冲宽度大、单脉冲能量大的绿光激光器, 其中脉冲重复频率与高速相机帧频同步, 且光纤耦合输出.激光器采用平凸非稳腔结构, 灯泵浦Nd∶YAG晶体, KTP晶体内腔倍频, 被动调Q方式, 实现了最大重复频率为300 Hz、脉冲宽度为70 μs、平均功率为38 W、单脉冲能量为126.7 mJ、光束发散角为3.5 mrad的532 nm激光输出.将该激光耦合到芯径为800 μm的光纤中进行水下实验, 耦合效率达到92%.

针对大气CO2浓度探测差分吸收激光雷达的应用需求，采用稳定环形腔和模式匹配设计，搭建了一套单纵模1 064 nm激光泵浦的单谐振KTP晶体光参量振荡器，获得高斜率转换效率、基横模的2.05 μm波长纳秒激光脉冲输出.在8字形环形行波稳定腔中，将2块II类相位匹配KTP晶体以走离补偿方式放置，在20 Hz重复频率下，当泵浦单脉冲能量达到11 mJ时，获得了单脉冲能量为2.4 mJ的2.05 μm信号光输出，脉宽约24 ns，斜率效率达到53%.2.05 μm信号光光束质量因子在x、y方向分别为1.3和1.2.

通过1 064 nm激光泵浦KTP晶体光参量振荡(OPO)技术获得了高峰值功率2.7 μm波段激光输出, 对实验结果开展了详细的分析。泵浦源为电光调Q Nd:YAG激光器, 光参量振荡器谐振腔采用单谐振结构, 将两块相同的KTP晶体光轴相向放置以补偿走离效应, KTP晶体按?=0°, θ=62°切割以获得波长2.7 μm波段激光输出, 采用Ⅱ(B)类相位匹配(o→o+e)以利用较大的非线性系数。在泵浦能量为89 mJ, 脉宽10 ns的条件下, 获得脉冲能量7.5 mJ, 波长2.67 μm, 脉宽8.5 ns的激光输出。

脉冲光纤激光器具有输出光束质量好、峰值功率高等优势，易于激发晶体内部的非线性效应。晶体非线性效应能够将光纤激光的近红外输出波段变换至深紫外或中红外等波段。利用实验室自主搭建的中心波长为1064 nm，脉宽为650 ps的脉冲光纤激光器抽运KTP(磷酸钛氧钾)晶体，实现了高功率超短脉冲对1064 nm激光的单程倍频，输出532 nm激光。将脉冲宽度由650 ps压缩至1 ps后，抽运激光的峰值功率密度达到24.97 GW/cm2，有效地将单程倍频转换效率从0.8%提高到8.4%。研究了不同平均功率、脉宽、光斑直径的超短脉冲下KTP晶体的倍频效率，验证了未来在振荡腔结构下实现KTP晶体高效倍频的可行性。

报道了1064 nm单频激光抽运的KTP晶体外腔单谐振光参量振荡器(OPO)，获得了波长为2.05 μm的纳秒激光脉冲输出。在平-平腔中，将2块II类相位匹配KTP晶体按走离补偿方式放置，在400 Hz重复频率下，抽运单脉冲能量达到5 mJ时获得了单脉冲能量为0.9 mJ的2.05 μm信号光输出，其脉宽约为3.7 ns，对应抽运光-信号光转换效率约为18%，光束质量因子M2在x、y方向分别为2.08、3.03。

针对目前常用的KTP晶体,研究其倾斜失调和旋转失调对倍频激光器转换效率的影响.基于主轴坐标系变换,建立KTP晶体倾斜失调理论模型,对倾斜失调和旋转失调时激光非线性频率变换过程进行理论分析并设计实验验证.结果表明,倾斜失调时,转换效率会随着倾斜失调方向的变化出现2个大小不同的窄峰值,且倾斜角度越大,两峰值所在方向夹角越小,其余方向转换效率为零,与理论计算一致;对于旋转失调,Ⅰ和Ⅱ类相位匹配转换效率随失调角度分别呈π和π/2周期变化.该结果可用于倍频激光器设计.

为了获得高功率窄脉宽532 nm绿光激光输出,通过高重复频率声光驱动调Q技术和LD侧面泵浦Nd∶GdVO4技术,获得高功率线偏振1 064 nm激光输出。采用内腔倍频方式,对非线性晶体KTP进行频率变换,实现高功率窄脉宽绿光激光输出。在电源输入电流30 A,调Q驱动频率10 kHz的条件下,获得最高功率30 W线偏振1 064 nm激光输出,脉宽30 ns,倍频KTP晶体获得23.4 W的532 nm绿光输出,1 064 nm到532 nm转化效率为78%。实验结果表明：通过声光调Q技术和LD侧面泵浦Nd∶GdVO4技术,可以实现高功率线偏振窄脉宽1 064 nm激光输出,倍频非线性晶体KTP可获得高功率窄脉宽532 nm激光。

研制出为铜的精细焊接提供预热的脉冲绿光激光器。采用直型平行平面谐振腔和腔内倍频技术, 在谐振腔内插入布儒斯特玻片和倒置望远镜, 用氙灯泵浦Nd∶YAG/KTP, 得到预期的单脉冲绿光能量。在电流模式下, 设定输入电流180 A, 脉宽2 ms, 所得到的绿光单脉冲能量为255.4 mJ, 倍频效率为5.78%, 能量稳定性达±2%, 满足铜精细焊接的预热需求。