基于光学超晶格的光参量振荡技术是产生2~5 μm中红外光源的有效途径,在大气环境监测、医疗诊断、精密光谱分析、光电对抗等领域具有重要的应用价值。针对小型化中红外激光器应用需求,开展了结构紧凑、高效率、宽调谐的纳秒光纤激光泵浦的周期极化掺镁铌酸锂光学超晶格(MgO∶PPLN)光参量振荡器(OPO)的研究。采用1.06 μm纳秒光纤激光泵浦多周期(29~31.6 μm)MgO∶PPLN晶体,结合周期和温度调谐,实现了闲频光2.37~4.01 μm连续调谐中红外激光输出。当泵浦功率为9.95 W时,2.37~3.75 μm平均输出功率均大于1.7 W,其中3.4 μm平均输出功率最大,相应的功率和光光转化效率分别为3.68 W和37%。重点讨论了在2.4、2.7、3.8和4.0 μm处的中红外激光输出特性,最大平均输出功率可分别达到2.87、2.45、1.87和1.22 W,相应的光光转化效率分别为17.2%、19.8%、11.2%和8.6%。本文的研究结果为小型化宽调谐中红外激光器的研发提供了重要的实验依据。

报道了基于掺MgO周期极化铌酸锂(MgO: PPLN)晶体的可调谐连续光参量振荡器。该光参量振荡激光器采用了多周期可调谐的MgO: PPLN作为非线性光学晶体, Nd: YVO4为激光晶体的紧凑型半导体激光端面抽运直线腔系统。实验中采用的MgO: PPLN晶体包含28.5~31.5 μm之间的7个极化周期, 相邻极化周期的间隔为0.5 μm。通过调节7个极化周期实现信号光波长1.43~1.67 μm和闲频光波长2.93~4.16 μm的激光调谐输出。对同一温度下不同极化周期对应的输出波长进行理论计算, 与实验结果符合较好。对比分析了输出功率随着不同极化周期和抽运功率的变化关系。当半导体激光入射抽运功率为15.4 W, 在31 μm极化周期和35 ℃的控制温度下, 最高获得了2.94 W的1 595 nm信号光和1.45 W的3 190 nm闲频光, 对应的光光转换效率达28.5 %。

研究了不同厚度周期极化铌酸锂晶体(PPLN)对掺铒飞秒光纤激光器倍频特性的影响。基于非线性偏振旋转锁模原理和啁啾脉冲放大技术,在1560 nm波段实现了重复频率为100 MHz,输出功率为423 mW,脉冲宽度为80 fs的掺铒飞秒光纤激光输出。以此为基频光源,对0.5,1,10 mm三种不同厚度PPLN倍频晶体进行倍频特性研究,实现了波长在780 nm的飞秒激光输出。其中采用0.5 mm晶体时获得了功率为100.4 mW、脉冲宽度为104 fs的倍频光输出,倍频转换效率为23.7%;采用1 mm晶体时获得了功率为165.0 mW、脉冲宽度为161 fs的倍频输出,倍频转换效率为39%;采用10 mm晶体时获得了功率为185.5 mW,脉冲宽度为305 fs的倍频光输出,倍频转换效率达43.7%。并解释了倍频转换效率和倍频光脉冲宽度随PPLN晶体厚度的变化规律。实验数据为基于锁模光纤激光器产生780 nm波段飞秒光脉冲的研究提供了有益的参考。

介绍了一种新型的基于参量下转换实现红外辐射源绝对辐亮度的定标方法。参量下转换过程产生0.631 ?滋m和3.39 ?滋m波段的一对相关光子, 通过测量自发参量下转换和受激参量下转换两个过程中在0.631 ?滋m波段光子的计数比值, 可以获取3.39 ?滋m的单位模式平均光子数, 并进一步导出红外光源的辐亮度。介绍了定标原理、实验装置, 分析了主要的测量不确定性因素, 定标结果表明OPO激光器光谱辐亮度的合成标准不确定优于1.18%。初步证实了通过探测可见波段光子计数实现红外辐射源的辐亮度定标的原理可行性。研究结果将有望应用于基于受激参量下转换的红外波段高精度定标以及红外OPO激光器等领域。

基于1560 nm 激光单次通过PPLN 晶体倍频到780 nm 激光的实验，分析了准相位匹配倍频过程中非线性转换系数与温度之间的关系。详细计算了考虑晶体极化周期的热膨胀时，晶体非线性转换系数和匹配温度的变化。采用有限元的方法，计算了激光穿过PPLN 晶体时，整个晶体和出射端面的温度场分布，并由此给出了出射面的非线性转换系数的分布情况，重点分析了晶体尺寸、光功率及散热方式对热效应的影响。仿真结果表明：增加晶体的宽度、采用导热性能好的材料作散热材料，并采用四面包围的散热方式有利于晶体的散热。

为了实现2μm激光输出, 采用周期性极化铌酸锂(PPLN)晶体用于光参变振荡(OPO)产生2μm激光的方法, 从PPLN晶体的Sellmeier方程出发, 考虑三波相互作用需满足的动量守恒和能量守恒条件, 进行了理论分析和数值计算, 得到在120℃时, PPLN晶体的极化周期为31.35μm的理论值; 绘制出了输出波长与极化周期、输出波长与入射角的关系曲线; 并从相位同步因子sinc2(ΔKl/2)出发, 分别计算了允许角、允许周期、允许温度。结果表明, 此方法不仅克服了利用双折射特性和色散特性方法带来的走离效应, 而且还充分利用了晶体的最大有效非线性系数, 从而理论上提高了转换效率。该理论分析为PPLN-准相位匹配-OPO输出2μm激光的下一步实验奠定了基础。

基于参量振荡技术的太赫兹波源是得到可调谐太赫兹波的重要器件，它在安全检查、生物传感、医学诊断、半导体器件检测和质量控制等领域具有重要的应用。从非线性晶体材料特性、谐振腔结构、太赫兹波耦合输出方式、频率调谐方式和线宽控制方法等方面总结了国内外太赫兹参量振荡技术的实验与理论研究情况。对级联太赫兹波参量振荡过程在连续、脉冲和超短脉冲运转方式的研究现状进行了回顾。基于太赫兹参量振荡技术研究现状提出其未来的一些研究方向。随着光纤激光器等技术的发展和周期性极化晶体等材料性能的进一步提高，太赫兹参量振荡器将朝着更加高效化、小型化、实用化、易于操作携带的方向发展，并在其应用领域发挥越来越重要的作用。

中红外连续波光学参变振荡技术是非线性变频领域关注的热点。它在激光通信、光谱学研究、遥感技术以及**上的红外对抗等方面具有重要的应用。分析和对比了用于中红外输出的非线性晶体的主要特性，简单综述了国内外中红外连续波光学参变振荡技术的实验与理论研究情况，并基于研究现状提出其未来一些的研究方向。目前，中红外连续波光学参变振荡器能够实现3～5 μm范围，输出功率范围在百毫瓦到十瓦之间的高稳定性、宽调谐的光输出。随着激光器技术的发展和周期性极化晶体性能的进一步提高，下一步有望在更大调谐范围内实现更高功率的中红外连续激光输出。