1 太原师范学院物理系，山西 晋中 030619
2 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
3 山西大学极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
研究了在高抽运功率下，单共振光学参量振荡器（SRO）腔型对其输出特性的影响。在理论分析的基础上，实验搭建了基于掺杂氧化镁的周期性极化铌酸锂（MgO∶PPLN）晶体的两镜驻波腔和四镜环形腔SRO。驻波腔SRO的阈值抽运功率为3.2 W，当抽运光功率为14.2 W时，信号光和闲频光功率分别为5.2 W和2.2 W。当抽运光功率大于15 W时，驻波腔SRO输出功率的实测值随抽运光功率的增大而减小，与理论预测偏差较大。环形腔SRO的阈值抽运功率为7.2 W，当抽运光功率为25 W时，信号光和闲频光功率分别为8.1 W和3.6 W。环形腔SRO输出功率的实测值和理论预测基本一致。驻波腔及环形腔SRO输出的信号光在2 h内的功率波动分别优于±2.76%和±2.53%，驻波腔及环形腔SRO输出的闲频光在2 h内的功率波动分别优于±1.24%和±1.19%。驻波腔及环形腔SRO输出信号光的长期频率漂移分别优于±40 MHz及±28 MHz。
非线性光学 单共振光学参量振荡器 连续单频红外激光 高功率 环形腔
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
新疆师范大学物理与电子工程学院，新疆发光矿物与光功能材料研究重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830054
设计了一种由1 μm涡旋光泵浦的闲频光单谐振KTiOAsO4涡旋光参量振荡器，并基于该光参量振荡器在近/中红外波段实现了高光束质量、高能量、窄光谱带宽的涡旋光输出。选取不同曲率半径的输入镜和平面输出镜分别建立平平腔和平凹腔两种腔结构，基于所建结构可以控制泵浦光的轨道角动量（OAM）选择性地传递给输出的信号光或闲频光。当泵浦光最大能量为20.6 mJ时，在近红外波段产生了3.04 mJ的信号涡旋光（1.535 μm），同时在中红外波段产生了0.82 mJ的闲频涡旋光（3.468 μm），它们对应的转换效率分别为28.21%和7.62%。基于泵浦光与谐振闲频光在两种腔型中的空间重叠效率，从理论上解释了泵浦光OAM的传递原理。测量得到输出信号光和闲频光的光谱带宽（半峰全宽）分别为λs=0.85 nm和λi=1.08 nm，其中闲频光在两个正交方向上的光束质量因子分别为≈2.1和≈2.2。
光学器件 涡旋光 闲频光谐振 光参量振荡器 KTiOAsO4
红外与激光工程
2023, 52(12): 20230378
1 沈阳化工大学信息工程学院，辽宁 沈阳 110142
2 中国科学院沈阳自动化研究所，辽宁 沈阳 110169
3 辽宁省太赫兹成像与感知重点实验室，辽宁 沈阳 110169
4 中国科学院大学，北京 100049
5 华北水利水电大学电力学院，河南 郑州 450045
利用Nd∶YAG激光泵浦磷酸氧钛钾晶体，实现了波长为2.05~2.97 μm的相干光输出，其覆盖了近红外与中红外过渡波段（也称“短波红外波段”）。采用了与以往报道不同的相位匹配调谐区域，在较小的晶体转角下，获得了较宽的调谐范围。比较了单程与双程泵浦的两种光学参量振荡器结构，验证了双程泵浦的优越性。双程泵浦的光学参量振荡器的最高输出脉冲能量在18 mJ以上，峰值功率高于2.3 MW，在较宽调谐范围内保持了较高的输出能量，输出能量在5 mJ以上的波段占比为78.3%。上述工作为短波红外波段应用提供了一种便捷有效的相干光源。
非线性光学 光学参量振荡器 短波红外波段 磷酸氧钛钾 角度调谐 中国激光
2023, 50(23): 2308001
1 国防科技大学 电子对抗学院，合肥 230037
2 安徽理工大学 力学与光电物理学院，淮南 232001
3 μm~5 μm中红外激光处于大气窗口波段，对应着众多原子或分子的特征吸收峰，在医疗诊断、大气环境监测、空间通信以及光电对抗等诸多领域具有非常重要的应用价值。在这些应用领域，人们往往要求光源拥有窄谱宽和快速波长调谐功能，而窄谱宽激光具有较小的谱宽、能量集中，是满足这些应用的理想光源。总结了实现窄谱宽3 μm~5 μm中红外激光输出的Fe2+/Cr2+离子掺杂固体激光器和氟化物光纤激光器谱宽压缩技术，以量子级联激光器为例，展示了几种激光稳频的措施，重点阐述了结构紧凑、全固化的中红外光参量振荡器的调谐原理和压缩谱宽所采取的技术，对课题组在窄谱宽光参量振荡器方面的研究工作进行了介绍，并对窄谱宽中红外激光技术的研究前景进行了展望。
激光技术 窄谱宽 固体激光器 光纤激光器 光参量振荡器 laser technique narrow-linewidth solid-state laser fiber laser optical parametric oscillator
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
利用腔内倍频532 nm激光器抽运单谐振光学参量振荡器（SRO），设计了一种可输出972 nm激光的脉冲激光器，通过腔外倍频成功获得486 nm蓝光。在重复频率为1 kHz的条件下，当532 nm激光脉冲能量为3.87 mJ时，972 nm SRO信号光单脉冲能量可达0.96 mJ，此时获得最大转换效率24.8%，与理论计算值22.3%相近。倍频后获得最大能量为49 μJ的486 nm蓝光脉冲，脉冲宽度约为6.9 ns，最大倍频效率为5.3%。
激光光学 蓝光激光 光参量振荡 腔外倍频 三硼酸锂晶体 全固态激光 中国激光
2023, 50(22): 2201007
1 中国科学院空天信息创新研究院 激光工程中心, 北京 100094
2 中国科学院大学 电子电气与通信工程学院, 北京 100049
为了获得可调谐长波红外激光输出，本文设计了一种基于ZnGeP2（ZGP）温度调谐的长波红外光参量振荡器。采用中心波长为2097 nm的Ho:YAG激光器泵浦不同相位匹配角的ZGP晶体，通过改变晶体工作温度来研究ZnGeP2光参量振荡器(ZGP-OPO)的温度调谐特性。在15~30 °C温度范围内，实现了7.53~8.77 μm分段可调谐长波激光输出，总调谐宽度为1.24 μm。整个调谐范围内，输出功率大于1.503 W，当闲频光波长为8.77 μm时，输出功率为1.503 W，斜率效率和光光转换效率分别为12.19%和6.53%。实验结果表明，ZGP温度调谐是实现连续可调谐长波红外激光输出的有效技术途径。本实验研究在可调谐长波固体激光器工程化领域具有潜在的应用价值。
温度调谐 光参量振荡器 ZnGeP2 长波 temperature tunable optical parametric oscillator ZnGeP2 long-wave
新疆师范大学 物理与电子工程学院 新疆发光矿物与光功能材料研究重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830054
报道了采用纳秒脉冲激光器泵浦基于掺杂氧化镁周期极化铌酸锂(MgO:PPLN)晶体的高光束质量、闲频光谐振中红外光参量振荡器。通过选取曲率半径为200 mm的凹面输入镜和平面输出镜来建立平凹腔，实现了高光束质量的近-中红外激光输出。当输入的最大泵浦能量为21 mJ时，输出信号光和闲频光的最大能量分别为3.2 mJ和1.12 mJ，对应信号光和闲频光的斜效率分别为24%和9%。通过在25~200 ℃范围内改变MgO:PPLN晶体温度，实现信号光波长1.505~1.566 μm和闲频光波长3.318~3.628 μm的激光调谐输出。由于闲频光单谐振的光参量振荡器具有较大的衍射损耗和光束发散角，可以提高输出闲频光的光束质量。采用刀口法测量得到中红外激光在两个正交方向的光束质量因子分别为
$ {M}_{x}^{2}\approx 1.2 $![]()
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和
$ {M}_{y}^{2}\approx 1.2 $![]()
![]()
。
红外与激光工程
2023, 52(4): 20220595
Author Affiliations
Abstract
1 Nanjing University, College of Engineering and Applied Sciences, School of Physics, National Laboratory of Solid State Microstructures, Nanjing, China
2 Sun Yat-Sen University, School of Physics, State Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Technologies, Guangzhou, China
3 Nanjing University, Collaborative Innovation Center of Advanced Microstructures, Nanjing, China
4 University of Arkansas, Department of Physics, Fayetteville, Arkansas, United States
Laguerre-Gaussian (LG) modes, carrying the orbital angular momentum of light, are critical for important applications, such as high-capacity optical communications, superresolution imaging, and multidimensional quantum entanglement. Advanced developments in these applications demand reliable and tunable LG mode laser sources, which, however, do not yet exist. Here, we experimentally demonstrate highly efficient, highly pure, broadly tunable, and topological-charge-controllable LG modes from a Janus optical parametric oscillator (OPO). The Janus OPO featuring a two-faced cavity mode is designed to guarantee an efficient evolution from a Gaussian-shaped fundamental pump mode to a desired LG parametric mode. The output LG mode has a tunable wavelength between 1.5 and 1.6 μm with a conversion efficiency >15 % , a controllable topological charge up to 4, and a mode purity as high as 97%, which provides a high-performance solid-state light source for high-end demands in multidimensional multiplexing/demultiplexing, control of spin-orbital coupling between light and atoms, and so on.
orbital angular momentum Laguerre-Gaussian mode optical parametric oscillator Advanced Photonics Nexus
2023, 2(3): 036007
