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光子学报 2023年第9期52卷 1-28页

作者：陈锴徐德刚贺奕焮钟凯李吉宁王与烨姚建铨天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 天津大学光电信息技术教育部重点实验室天津300072 天津大学微光机电系统技术教育部重点实验室天津300072 北京电子工程总体研究所北京100854

基于非线性光学频率变换技术的可调谐中红外激光器在光电对抗、气体检测、生物医学等应用领域有着重要价值。近红外激光,尤其是1μm激光直接泵浦的可调谐中红外激光器具有结构紧凑、调谐范围宽、稳定性高的优势。从非线性光学频率变换... 详细信息

基于非线性光学频率变换技术的可调谐中红外激光器在光电对抗、气体检测、生物医学等应用领域有着重要价值。近红外激光,尤其是1μm激光直接泵浦的可调谐中红外激光器具有结构紧凑、调谐范围宽、稳定性高的优势。从非线性光学频率变换技术的核心器件——非线性晶体出发,综述新型非氧化型晶体在可调谐中红外激光产生中的应用现状,介绍了不同晶体的光学特性及实现中红外产生的方法。针对可调谐中红外激光源的调谐范围、单脉冲能量、重复频率等关键参数,分析了不同晶体的中红外产生性能及其适用的中红外产生方法。最后对近红外激光器泵浦的可调谐中红外激光器进行了展望。

关键词：中红外激光器非线性光学频率变换光学参量放大光学参量振荡差频产生

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基于KTiOAsO4晶体的级联光参量振荡激光研究

基于KTiOAsO4晶体的级联光参量振荡激光研究

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作者：张静温州大学

学位级别：硕士

光参量振荡器(OPO)具有调谐范围宽、转换效率高和结构紧凑等优点,成为非线性光学领域的研究热点和重要研究方向。通过光参量振荡器的级联过程,能够进一步拓展激光器的光谱范围,为实现新波段中红外激光输出提供了一种新的技术手段。利用... 详细信息

光参量振荡器(OPO)具有调谐范围宽、转换效率高和结构紧凑等优点,成为非线性光学领域的研究热点和重要研究方向。通过光参量振荡器的级联过程,能够进一步拓展激光器的光谱范围,为实现新波段中红外激光输出提供了一种新的技术手段。利用高质量的非线性光学晶体,可以极大地提升级联光参量振荡器的效率。砷酸钛氧钾(KTiOAsO,KTA)晶体不仅具有损伤阈值高,非线性系数大、物化性能稳定等特点,而且采用非临界相位匹配时无走离效应,是级联光参量振荡器的理想非线性光学晶体。本文采用KTA晶体作为非线性光学晶体、不同掺钕离子固体激光器作为抽运源,对自级联光参量振荡器的输出特性进行了研究。本文的主要研究工作如下:1.采用1064 nm Nd:YVO调Q激光泵浦KTA自级联OPO实现2.59μm激光输出。实验选择发射截面大的Nd:YVO晶体作为激光晶体,其有利于提高OPO过程的转换效率。在8.7 W入射抽运功率和60 kHz重复频率下,获得445 mW的2.59μm二阶信号光输出。2.采用1047 nm Nd:YLF调Q激光泵浦KTA自级联OPO实现2.50μm激光输出。Nd:YLF晶体具有独特的负透镜效应,能够有效改善由热效应在腔内引起的模式失配,而且其较长的上能级荧光寿命有利于低重复频率下获得较高的单脉冲能量。在9.7 W入射抽运功率和15 kHz率重复频率下,获得605 mW的2.50μm二阶信号光输出,单脉冲能量可达40μJ。3.采用1080 nm Nd:YAP调Q激光泵浦KTA自级联OPO实现2.67μm激光输出。Nd:YAP晶体具有较好热导性能和机械性能,能够在高泵浦功率下实现有效运转。实验使用Nd:YAP晶体作为激光晶体,在12.4 W入射抽运功率和20 kHz重复频率下,获得330 mW的2.67μm二阶信号光输出。

关键词：非线性光学频率变换光参量振荡器级联光参量振荡器 KTiOAsO4晶体非临界相位匹配

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PPRTA晶体允许参量及Yb:YAG激光器的研究

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作者：范锋北京工业大学

学位级别：硕士

准相位匹配非线性光学频率变换技术由于具有可利用的非线性系数较高，可在较宽的波段内满足相位匹配以及转换效率高等特点，引起了日益广泛的关注和研究。随着外加电场极化法制作周期极化晶体工艺的提高，利用周期极化晶体实现的全固态... 详细信息

准相位匹配非线性光学频率变换技术由于具有可利用的非线性系数较高，可在较宽的波段内满足相位匹配以及转换效率高等特点，引起了日益广泛的关注和研究。随着外加电场极化法制作周期极化晶体工艺的提高，利用周期极化晶体实现的全固态准相位光学频率变换过程和准相位光学参量过程正逐渐成为研究的热点。在比较了几种常见的周期极化晶体之后，对周期极化砷酸氧钛铷晶体（PPRTA）准相位匹配倍频过程进行了理论研究;在实验中完成了LD端面泵浦Yb：YAG晶体全固态激光器的激光输出，并对锁模技术进行了探索。主要工作如下：1.根据I类和II类倍频准相位匹配时极化周期的表达式和Sellmeier方程得出了PPRTA晶体I类和II类准相位匹配倍频极化周期与基频光波长之间的关系;通过数值模拟研究了PPRTA晶体I类和II类准相位匹配倍频过程中允许参量（允许波长、允许温度、允许角度和允许极化周期）的带宽。得出II准类相位匹配允许参量明显大于I类准相位匹配的允许参量的优点，为PPRTA晶体II准相位倍频提供了较好的理论支持。2.根据谐振腔的ABCD光学变换矩阵理论对稳区腔长进行数值模拟，在实验上对LD端面泵浦的耦合系统进行了研究和分析，实现了LD端面泵浦Yb：YAG晶体平—凹腔、V形腔的连续激光输出。对平—凹1030nm和1050nm双波长输出进行了大量的实验研究，实现了双波长的稳定输出。采用SESAM替代平面镜的方法对V形腔锁模实验进行了试探性研究，估算了SESAM锁模临界光斑半径，在此基础上实现了稳定的调Q输出。

关键词：非线性光学频率变换准相位匹配倍频允许参量带宽掺镱钇铝石榴石全固态激光器

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基于纳秒激光泵浦的太赫兹波参量上转换探测技术研究

基于纳秒激光泵浦的太赫兹波参量上转换探测技术研究

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作者：聂港天津大学

学位级别：硕士

太赫兹波在生物医学诊断、通信和国防军事等领域具有重要的应用价值和潜力。高性能的太赫兹波探测器是太赫兹技术研究中的重点,而基于受激电磁耦子散射的太赫兹波参量上转换探测具有灵敏度高、响应频段宽和室温工作等优点,是目前太赫兹... 详细信息

太赫兹波在生物医学诊断、通信和国防军事等领域具有重要的应用价值和潜力。高性能的太赫兹波探测器是太赫兹技术研究中的重点,而基于受激电磁耦子散射的太赫兹波参量上转换探测具有灵敏度高、响应频段宽和室温工作等优点,是目前太赫兹波探测的一个重要研究方向。然而,目前太赫兹波参量上转换探测多采用亚ns激光泵浦,且频率探测范围被限制在3 THz以下。本文首先基于ns激光泵浦,在Mg O:CLN晶体中实现了高灵敏度的太赫兹波参量上转换探测,并研究了实验参数对探测灵敏度的影响;进一步,基于KTP晶体进行了太赫兹波参量上转换探测的理论和实验研究,首次在4.45 THz处实现了太赫兹波的高灵敏度参量上转换探测。本文的主要研究工作如下:1.研究了电磁耦子产生和探测太赫兹波的机理,从耦合波方程出发,推导了太赫兹波参量上转换探测响应度的表达式,计算了Mg O:CLN晶体和KTP晶体在太赫兹波段的上转换探测响应度。进一步,基于修正的黄昆方程,计算了Mg O:CLN晶体在太赫兹波段的折射率、二阶非线性系数及响应度,并基于此对参量上转换探测的高灵敏度探测机理进行了分析。2.研究了基于Mg O:CLN晶体的宽带高灵敏度太赫兹波参量上转换探测技术。使用波长1064 nm的ns激光泵浦,在Mg O:CLN晶体中实现了0.90-1.83THz频率范围的太赫兹波频率上转换。在1.45 THz处,最小可探测太赫兹波能量为9 p J,噪声等效功率为23.1 n W/Hz,动态范围54 d B。同时,实验研究了泵浦能量和晶体有效增益长度对太赫兹波探测灵敏度的影响,结果表明,泵浦能量和晶体有效增益长度的提升,有利于太赫兹波探测灵敏度的提升。3.研究了基于KTP晶体的高频段太赫兹波参量上转换探测技术。理论上,对KTP晶体的参量上转换探测特性进行了仿真计算;实验上,基于KTP晶体实现了4.45 THz处的太赫兹波频率上转换,突破了参量上转换方法频率探测上限小于3 THz的限制;提出共线参量放大结构,对上转换信号进行有效放大。采用共线参量放大,灵敏度最大提升24 d B。在高能量泵浦情况下,最小可探测的太赫兹波能量为15 p J,动态范围为48 d B。

关键词：太赫兹波非线性光学频率变换参量上转换探测高灵敏度太赫兹波探测高频太赫兹波探测

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