1 中国科学院福建物质结构研究所，福建 福州 350002
2 中国科学院大学，北京 100049
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。
非线性光学 周期极化铌酸锂 薄膜 准相位匹配 脊形波导 中国激光
2023, 50(22): 2208001
陈家颖 1,2,3,*张新彬 1,2陈怀熹 1,2,3冯新凯 1,2,3[ ... ]梁万国 1,2,3
1 中国科学院福建物质结构研究所, 福州 350002
2 中国福建光电信息科学与技术创新实验室(闽都创新实验室), 福州 350108
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 福州大学化学学院, 福州 350108
5 福建师范大学化学与材料学院, 福州 350117
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 ℃。
周期极化铌酸锂 波导 准相位匹配 倍频 温度梯度 带宽扩展 C波段 periodically polarized lithium niobate waveguide quasi phase matching frequency doubling temperature gradient bandwidth extension C-band
1 中国科学院福建物质结构研究所, 福州 350002
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国福建光电信息科学与技术创新实验室(闽都创新实验室), 福州 350108
4 光电信息控制和安全技术重点实验室, 天津 300308
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。
掺镁铌酸锂晶体 光波导 波导器件 Zn扩散 高功率密度 传输损耗 Mg doped lithium niobate crystal optical waveguide waveguide device Zn diffusion high power density transmission loss
1 中国科学院福建物质结构研究所，福州 350002
2 福州大学化学学院，福州 350108
3 中国福建光电信息科学与技术创新实验室(闽都创新实验室)，福州 350108
本文演示了紧凑的绿色和近红外双色连续波激光光源，其发射波长分别为516 nm和775 nm。设计并制造了级联的周期性极化掺镁铌酸锂晶体，用于同时转换通信波长的二次谐波(SHG)和三次谐波(THG)，可以在相同温度下获得绿色和近红外激光的输出。通过建立一个单程激光测量系统，在2 W泵浦功率下获得516 nm的0.15 mW绿光和775 nm的1.19 mW的光，晶体温度控制在30.8 ℃。实验结果将为单激光器泵浦的紧凑型双波长共线激光器提供重要的案例。
周期性极化MgO∶LiNbO3 准相位匹配 二次谐波产生 三次谐波产生 periodically poled MgO∶LiNbO3 quasi phase matching second harmonic generation third harmonic generation
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, East China Normal University, Shanghai200062, China
2 Key Laboratory of Optoelectronic Materials Chemistry and Physics, Fujian Institute of Research on the Structure of Matter, Chinese Academy of Sciences, Fuzhou350002, China
3 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing100049, China
4 Shanghai Key Laboratory of Modern Optical System, and Engineering Research Center of Optical Instrument and System, Ministry of Education, School of Optical Electrical and Computer Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai200093, China
5 Jinan Institute of Quantum Technology, Jinan250101, China
6 CAS Center for Excellence in Ultra-intense Laser Science, Shanghai201800, China
7 Shanghai Research Center for Quantum Sciences, Shanghai201315, China
We have proposed and experimentally demonstrated a novel scheme for efficient mid-infrared difference-frequency generation based on passively synchronized fiber lasers. The adoption of coincident seeding pulses in the nonlinear conversion process could substantially lower the pumping threshold for mid-infrared parametric emission. Consequently, a picosecond mid-infrared source at 3.1 μm was prepared with watt-level average power, and a maximum power conversion efficiency of 77% was realized from pump to down-converted light. Additionally, the long-term stability of generated power was manifested with a relative fluctuation as low as 0.17% over one hour. Thanks to the all-optical passive synchronization and all-polarization-maintaining fiber architecture, the implemented laser system was also featured with simplicity, compactness and robustness, which would favor subsequent applications beyond laboratory operation.
mid-infrared fiber laser nonlinear optics difference-frequency generation High Power Laser Science and Engineering
2021, 9(1): 010000e4
1 中国科学院福建物质结构研究所, 福建 福州 350002
2 中国科学院大学, 北京 100049
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。
非线性光学频率 宽带和频 周期极化晶体 黄-橙全固态激光 激光与光电子学进展
2020, 57(9): 091901
1 福州大学 材料科学与工程学院,福州 350116
2 中国科学院 福建物质结构研究所，福州 350002
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5567W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。
非线性光学 光参量振荡 周期性极化掺镁铌酸锂晶体 准相位匹配 nonlinear optics optical parametric oscillation periodically poled MgO-doped LiNbO3 quasi phase match
1 中国科学院福建物质结构研究所,福建 福州 350002
2 四川文理学院 计算机学院,四川 达州 635000
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%。
腔内倍频 绿光激光器 PPMgOLN PPMgOLN intracavity doubled green laser
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气成分与光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所大气物理化学研究室, 安徽 合肥 230031
3 中国科学院福建物质结构研究所, 福建 福州 350002
4 法国滨海大学大气物理化学实验室, 法国 敦刻尔克 59140
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。
非线性光学 激光稳频 数字比例积分微分技术 一次谐波 差频产生
中国科学院福建物质结构研究所, 福建 福州 350002
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。
激光器 绿光激光器 周期性极化 掺氧化镁铌酸锂晶体 光胶合 光学学报
2013, 33(s1): s114010
