提出了一种紧凑型、声光调Q、高功率的4.1 μm中红外内腔式氧化镁掺杂的周期性极化铌酸锂晶体光参量振荡激光系统.基于内腔单谐振光参量振荡器动力学模型, 对内腔光参量振荡器的阈值倍数及下转换效率的影响因素进行分析, 提出实验中对光参量振荡阈值调节的办法, 优化了大功率情况下光参量振荡的下转换效率.引入共振泵浦与单端键合晶体方式提高了大功率泵浦的热稳定性.基于光场传输理论与谐振腔稳定性理论, 并考虑增益介质热效应, 数值模拟了大功率泵浦注入时腔内基频光、信号光及闲频光的三波光场模式匹配, 以确保光参量振荡器在高功率下稳定运转.对光参量振荡阈值进行调节, 提高了参量光的下转换效率, 最终得到4.125 μm的中红外高重频脉冲瓦级激光输出, 激光重复频率1~100 kHz可调, 脉冲宽度小于9 ns, 最高单脉冲能量36.7 J, 最高峰值功率4.257 kW, 最高输出功率为1.12 W, 其对应的下转换效率为29.7%, 最大光光转换效率为4.26%.

报道了一种内腔光参量振荡器, 该器件通过改变多通道MgO∶PPLN极化晶体的极化周期和温度, 可以快速实现3.2~4.1 μm中红外参量光可调谐连续输出.采用1.064 μm谐振腔与多光参量振荡腔折叠型复合结构, 考虑晶体热效应及宽范围调谐参量光振荡过程中光斑模式匹配, 通过对两个子腔谐振结构的数值模拟分析, 确定最佳腔型结构参数.基于该谐振腔结构, 实验研究了多周期MgO∶PPLN晶体的温度和极化周期对参量光波长的影响, 实验中克服了MgO∶PPLN晶体在3.8~4.1 μm中红外波段较为严重的本征吸收以及量子亏损导致的效率降低问题, 获得2.78~4.18 μm中红外激光连续调谐输出, 调谐范围达1.399 μm.在3.2 μm、3.5 μm、3.8 μm、4.1 μm四个典型波长下实现了参量光输出, 功率分别为1.72 W、1.39 W、0.79 W和0.442 W, 对应转化效率分别为7.17%、5.4%、3.1和1.84%.

为了实现内腔型光参量振荡器(OPO)的调Q锁模脉冲输出, 通过设计并匹配OPO谐振腔和基频激光腔的腔长, 满足了同步泵浦条件, 最终在实验上得到了信号光的调Q锁模输出; 在实验中, 采用氙灯泵浦Nd: YAG作为基频激光, 以KTP晶体为非线性转换介质, 采用电光开关作为调Q手段, 测量了OPO的近红外信号光的输出波形、输出能量、光谱构成等输出特性。在泵浦能量12.8 J、调制频率20 kHz时, 得到了锁模深度为100%的信号光输出, 并发现信号光锁模脉冲重复率依赖于基频激光; 得到了调Q锁模信号光输出能量随泵浦能量、电光调制频率的变化关系。

报道了880 nm激光二极管(LD)共振抽运的连续波(CW)NdYVO4-PPLN内腔单谐振光学参量振荡器(ICSRO)。在21.9 W抽运功率下，获得了1.54 W的3.66 μm CW中红外闲频光输出，光-光转换效率为7.0%；与808 nm传统抽运相比，共振抽运ICSRO在振荡阈值、输出功率、转换效率和功率稳定性等方面都显示出明显优势。针对高抽运功率下逆转换过程影响单谐振光学参量振荡器(SRO)转换效率的问题，研究了振荡信号光的耦合输出透射率对SRO阈值和下转换效率的影响。通过提高振荡光输出镜透射率优化SRO阈值，可在高抽运功率下保持下转换效率的同时获得高效的信号光输出；21.4 W抽运功率下同时获得1.54 W闲频光和5.03 W信号光输出，总提取效率为30.2%。

提出了一种用2.7μm激光Ⅱ类匹配方式泵浦ZnGeP2(ZGP)OPO输出红外激光的新方案，该方案与传统方法相比具有更多优点。实验研究了内腔式KTP OPO输入2.7μm激光，最大输出能量约为2mJ，总的电光效率为0.01%，斜效率为0.03%，能量稳定度为±7%。测量了泵浦光与信号光的和频光的波长及时间波形，由此也验证了输出的是2.7μm激光。结果表明使用此种方法输出2.7μm激光是可行的，为利用2.7μm激光作为泵浦源泵浦ZGP OPO得到3～5μm中红外激光奠定了基础。