Author Affiliations
Abstract
1 Tianjin University, Center for Terahertz Waves and College of Precision Instrument and Optoelectronics Engineering, and Key Laboratory of Optoelectronics Information and Technology, Tianjin, China
2 China University of Mining and Technology, School of Materials Science and Physics, Xuzhou, China
3 Guilin University of Electronic Technology, Guangxi Key Laboratory of Optoelectronic Information Processing, School of Optoelectronic Engineering, Guilin, China
4 Oklahoma State University, School of Electrical and Computer Engineering, Stillwater, Oklahoma, United States
Valley topological photonic crystals (TPCs), which are robust against local disorders and structural defects, have attracted great research interest, from theoretical verification to technical applications. However, previous works mostly focused on the robustness of topologically protected edge states and little attention was paid to the importance of the photonic bandgaps (PBGs), which hinders the implementation of various multifrequency functional topological photonic devices. Here, by systematically studying the relationship between the degree of symmetry breaking and the working bandwidth of the edge states, we present spoof surface plasmon polariton valley TPCs with broadband edge states and engineered PBGs, where the operation frequency is easy to adjust. Furthermore, by connecting valley TPCs operating at different frequencies, a broadband multifunctional frequency-dependent topological photonic device with selectively directional light transmission is fabricated and experimentally demonstrated, achieving the functions of wavelength division multiplexing and add–drop multiplexing. We provide an effective and insightful method for building multi-frequency topological photonic devices.
multi-frequency topological device photonic valley Hall effect valley edge state photonic bandgap Advanced Photonics Nexus
2024, 3(3): 036004
1 广东大湾区空天信息研究院,广东 广州 510700
2 广东省太赫兹量子电磁学重点实验室,广东 广州 510700
3 中国科学院大学,北京 100049
深紫外激光具有光子能量高、波长短等特点,在激光加工、半导体光刻等领域中具有重要的应用价值。固体激光非线性频率变换是实现高功率、高相干性深紫外激光输出的主要方式之一。采用全固态532 nm激光作为基频光、国产商用CsLiB6O10(CLBO)晶体作为频率变换晶体,在基频光功率为34.2 W时,实现了平均功率为14 W、重复频率为100 kHz、脉冲宽度为1.8 ns的266 nm深紫外激光输出,光-光转换效率达到41%。该深紫外光源具有效率高、结构紧凑的优点,验证了国产商用CLBO晶体的实用性,可进一步获得更稳定、更高功率的深紫外激光输出。
激光器 深紫外激光 全固态激光 CsLiB6O10晶体 高功率
刘帅 1,2,3陈锴 1,2,3孙悦 1,2,3闫超 1,2,3[ ... ]姚建铨 1,2,3
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津 300072
2 天津大学光电信息技术教育部重点实验室,天津 300072
3 天津大学微光机电系统技术教育部重点实验室,天津 300072
3~5 μm中红外波段激光在大气中具有较高的透过率,因此被广泛应用于光电对抗等领域。报道了基于掺杂氧化镁的周期极化铌酸锂(MgO∶PPLN)晶体的kHz、mJ量级的中红外光学参量振荡器(OPO)。采用纳秒脉冲1064 nm激光泵浦基于多周期MgO∶PPLN晶体的OPO,OPO采用泵浦双通单谐振平凹腔结构。中红外激光的重复频率为1 kHz,4.08 μm处输出的最高单脉冲能量达到1.041 mJ。最高光-光转换效率为16.8%,斜效率为19.3%,中红外激光脉宽约为9.53 ns。在最高能量输出时,OPO运转30 min时输出功率的均方根(RMS)为0.24%。通过温度-极化周期结合的调谐方式,OPO在3.49~4.18 μm的较宽范围内都能够保持0.9 W以上平坦的高能量输出。在极化周期27.5~29.6 μm以及温度25~200 ℃的调节范围内,闲频光波长的调谐范围为3.49~4.48 μm。实现了重复频率为kHz量级、单脉冲能量为mJ量级的可调谐中红外输出,其在光电对抗领域具有应用价值。
激光器 中红外激光 掺杂氧化镁的周期极化铌酸锂 全固态激光器 光参量振荡器
Author Affiliations
Abstract
1 Chinese Academy of Sciences, GBA branch of Aerospace Information Research Institute, Guangzhou, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, China
A 60-mW solid-state deep ultraviolet (DUV) laser at 193 nm with narrow linewidth is obtained with two stages of sum frequency generation in LBO crystals. The pump lasers, at 258 and 1553 nm, are derived from a homemade Yb-hybrid laser employing fourth-harmonic generation and Er-doped fiber laser, respectively. The Yb-hybrid laser, finally, is power scaling by a 2 mm × 2 mm × 30 mm Yb:YAG bulk crystal. Accompanied by the generated 220-mW DUV laser at 221 nm, the 193-nm laser delivers an average power of 60 mW with a pulse duration of 4.6 ns, a repetition rate of 6 kHz, and a linewidth of ∼640 MHz. To the best of our knowledge, this is the highest power of 193- and 221-nm laser generated by an LBO crystal ever reported as well as the narrowest linewidth of 193-nm laser by it. Remarkably, the conversion efficiency reaches 27% for 221 to 193 nm and 3% for 258 to 193 nm, which are the highest efficiency values reported to date. We demonstrate the huge potential of LBO crystals for producing hundreds of milliwatt or even watt level 193-nm laser, which also paves a brand-new way to generate other DUV laser wavelengths.
193 nm solid-state laser deep ultraviolet LBO crystal sum frequency mixing narrow linewidth Advanced Photonics Nexus
2024, 3(2): 026012
1 河北工业大学 先进激光技术研究中心,天津 300401
2 河北省先进激光技术与装备重点实验室,天津 300401
2 μm激光属于人眼安全波段,具有高大气透过率和水吸收特性,能覆盖CO2等温室气体的吸收峰,因此在大气环境监测、光通信、激光雷达、材料加工、医疗手术等领域有广泛应用。其中,单纵模运转的全固态2 μm脉冲激光器以其高稳定性、窄线宽和优良的光束质量等优势,可作为多普勒测风、相干差分吸收等激光雷达应用的优质光源,在工业、**和科研等领域具有重要意义。目前,实现2 μm激光输出的主要方法有光参量技术和直接泵浦法。相比光参量技术,直接泵浦法更具高效率、可调节性和集成性等优点,已成为2 μm全固态激光的主流方式。文中总结了常用的2 μm固体激光增益介质,分析了空间结构振荡器单纵模选择的原理和特点,综述了2 μm单纵模全固态脉冲激光的研究进展,并对不同结构激光器的输出特性进行了比较,最后对2 μm单纵模全固态脉冲激光的发展前景进行了展望。
全固态激光器 2 μm 脉冲 单纵模 选模 all-solid-state laser 2 μm pulse single-longitudinal-mode (SLM) mode selection 红外与激光工程
2024, 53(2): 20230730
强激光与粒子束
2024, 36(2): 025004
1 上海理工大学 机械工程学院,上海 200093
2 中国科学院 苏州生物医学工程技术研究所,江苏 苏州 215163
纳秒脉冲电场消融要求在100 Ω负载上产生数千伏的纳秒脉冲,加快脉冲前沿有利于获得更窄的纳秒脉冲。提出了一种具有快速前沿的固态Marx发生器,在每级电路中插入一个电感,并且让放电管和充电管同时导通数十纳秒,等放电管完全开通后,关断充电管,对负载进行放电,以消除放电管和放电回路杂散电感对脉冲前沿的限制,获得具有快前沿的高压脉冲。搭建了32级Marx样机,实验中通过调节直通时间,在100 Ω的低阻负载上获得了电压上升沿35 ns、脉宽800 ns、电流186 A的高压脉冲。对比并分析了充电管和放电管直通时间对上升沿的影响,发现直通时间越长,脉冲电流的前沿越快。输出端的峰值电流最大可达186 A。表明该脉冲电压源可以有效地提高电流的输出,提高系统带载能力。该方案相比于传统的改进方法,提高了系统抗干扰能力的同时,也减少了所使用开关管的数量,降低了脉冲电源的成本。
全固态Marx发生器 大电流 方波脉冲 上升沿 all solid-state Marx generator high current square wave pulse rising edge 强激光与粒子束
2024, 36(2): 025003
1 山西大学 光电研究所 量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西 太原 030006
2 山西大学 极端光学协同创新中心,山西 太原 030006
全固态单频连续波激光器因其噪声低、线宽窄、光束质量好、功率稳定性高等优点已经被广泛应用于产生非经典光场、冷原子物理研究、引力波探测等诸多领域。随着科学技术的不断发展,传统的全固态激光器的输出功率已经不能满足前沿领域的需求,因此亟需在保持全固态激光器整体性能的同时进一步提升激光器的输出功率。为此首先需要更高的泵浦功率,而这将使激光器内部增益提高,在腔内损耗不变的情况下,原非振荡模式也将满足起振条件,从而使激光器在跳模或多模状态下运转。此外,激光晶体的热效应和损伤阈值也限制了输出功率的提高。本文介绍了一种利用非线性损耗大幅度提升全固态单频连续波激光器的输出功率的技术和方法。通过在谐振腔中引入非线性损耗,使主模经受的非线性损耗是次模的一半。在模式竞争的作用下,谐振腔内的模式被更进一步的选择,从而允许全固态单频激光器在更高的增益下保持单纵模运转。通过在谐振腔内插入多块增益晶体可以有效缓解由于激光增益晶体热效应的限制,从而实现更高功率的单频激光输出。目前高功率全固态连续波激光器的输出功率已经达到了一百瓦的量级,且还在进一步提高。通过在谐振腔内引入非线性损耗,全固态单频连续波激光器的整体性能在得以保障和提高的同时,其应用范围也得到了进一步的推广。
全固态激光器 非线性损耗 单频 高功率 all-solid-state laser nonlinear loss single frequency high power 红外与激光工程
2024, 53(1): 20230592
1 内蒙古大学创业学院, 内蒙古 呼和浩特 010070
2 内蒙古师范大学物理与电子信息学院, 内蒙古 呼和浩特 010022
3 内蒙古电子信息职业技术学院, 内蒙古 呼和浩特 010020
利用量子信息论和数值计算方法, 对Pólya场态与玻色-爱因斯坦凝聚原子相互作用系统的量子态保真度演化问题进行了研究。讨论了玻色-爱因斯坦凝聚原子间的相互作用强度、Pólya场态概率参数和分布参数, 以及这些物理参数如何影响量子态保真度随时间的演化。研究结果表明: 上述三种物理参量均可调制信号传输中的量子态保真度, 其中光场概率参数对量子态保真度的变化影响最大, 当 时, 量子信息保真度的值非常接近信息理想传输的情形; 另一方面, 凝聚原子间的耦合强度越大, 量子态保真度呈现出的周期性振荡也越强, 但量子态保真度的取值范围不变。
量子光学 保真度 玻色-爱因斯坦凝聚原子 Pólya态光场 quantum optics fidelity Bose-Einstein condensate Pólya state field