为了获得结构简单、成本相对低廉的高功率780nm激光, 采用了单块倍频晶体的腔外倍频方法。分布式反馈半导体激光器产生的连续激光注入光纤放大器后, 通过周期极化铌酸锂晶体进行准相位匹配, 取得了铷原子的饱和吸收光谱。结果表明, 该激光器产生了1.2W的倍频光, 具有较高的输出功率。这一结果对铷原子钟、原子干涉仪等冷原子物理实验的小型化是有帮助的。

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。

为了用简单、紧凑的谐振腔获得稳定的激光输出，大的调谐范围和转换效率，设计了信号光单共振V型光学参量振荡(OPO)腔，采用内腔式抽运周期极化掺镁铌酸锂晶体(PPMgLN)的光学参量振荡技术获得了连续中红外宽波段调谐激光的输出。用808 nm半导体激光抽运Nd∶YVO4晶体产生的1 064 nm激光作为光参量振荡的基频光，通过V型腔灵活控制激光光斑并改变PPMgLN的极化周期和控制温度实现了2 249~3 706 nm中红外的连续宽波段调谐激光输出。在半导体激光抽运功率为10.5 W，极化周期为29.98 μm，控制温度为411 K的情况下获得了最高650 mW的中红外激光输出，对应的中心波长为3 466 nm，线宽为2.6 nm，具有较好的单色性。在7.5 W的入射功率下，最高808 nm抽运光到闲频光的转化效率达7.73%，对应输出功率为580 mW。

将1560 nm光栅反馈复合腔半导体激光器产生的连续激光注入掺铒光纤放大器，放大至约5 W，分别采用周期极化铌酸锂(PPLN)和周期极化磷酸氧钛钾(PPKTP)晶体单次穿过进行准相位匹配倍频，对应获得约336 mW和210 mW的780 nm激光输出，倍频效率约为7%和4.4%。通过监视倍频光纵模，显示其具有良好的单频输出特性。此外，还扫描测得了Rb原子D2线的吸收光谱，表明780 nm激光的频率调谐范围大于10 GHz。采用无调制偏振光谱技术将1560 nm半导体激光器频率锁定至87Rb 5S1/2(Fg=2)-5P3/2(Fe=3)超精细跃迁线上。相对于自由运转450 s内1560 nm激光频率起伏约4 MHz，锁定后可将残余频率起伏压低至1.5 MHz左右。

利用掺杂浓度为5 mol%的掺氧化镁多周期极化铌酸锂晶体实现了高效单谐振的准相位匹配光参量振荡器，所使用的周期极化铌酸锂晶体有6个周期，且以1 μm为间隔，从26.5~31.5 μm. 该光参量振荡器以脉宽为150 ns，重复频率为10 kHz的声光调Q Nd∶YAG激光器为泵浦源，且泵浦光波长为1.064 μm. 通过控制晶体的温度(50~200℃)以及改变晶体的极化周期(26.5~31.5 μm)，可由该光参量振荡器获得2.83~2.89 μm,3.10~3.38 μm,3.57~3.78 μm,3.95~4.12 μm, 4.28~4.46 μm,4.65~4.79 μm的闲频光连续调谐输出. 且当泵浦功率为8.15 W时，在闲频光输出波长为3.33 μm处，获得了最大输出功率2.17 W.

为了获得宽波段的可调谐相干光源,利用1064nm声光调Q Nd:YAG激光器为抽运源、掺氧化镁周期极化铌酸锂晶体为工作物质,对温度调谐光参量振荡器进行了实验研究。由实验数据可知,当晶体的温度从40℃升高到200℃时,获得信号光的调谐范围为1.565μm～1.670μm;当抽运源脉宽为70ns、重复频率为10kHz、平均功率为1.61W时,获得波长为1631nm信号光的输出功率为211mW。结果表明,温度调谐光参量振荡器可以作为宽波段的可调谐相干光源。

研究了镁掺杂周期极化铌酸锂晶体光学参量振荡(PPMgLN-OPO)产生高功率、高重复频率中红外激光的特性。采用半导体激光器(LD)抽运的声光调Q Nd:YAG激光器,1064 nm准连续激光功率最大输出为7.8 W,重复频率5～50 kHz。产生1064 nm调Q光,抽运周期为30.7 μm的掺氧化镁(摩尔分数为5%)周期性极化铌酸锂晶体,温度变化范围为40～200 ℃,实现了短腔双谐振红外高功率激光输出。实验中近红外激光波长调谐范围为1570～1676 nm,最高输出功率613 mW; 中红外输出波长范围为2942～3300 nm,中红外光平均功率也达到了百毫瓦级,信号光单脉冲能量达40 μJ;光-光(LD-信号光)转换效率为3.4%。

对基于多周期极化铌酸锂晶体(PPLN)的信号光单谐振准相位匹配光学参量振荡器(QPM-OPO),进行了温度调谐的理论和实验研究。以激光二极管(LD)端面抽运的声光调Q Nd∶YVO4全固态激光器为抽运源,获得了1369.7～1678.8 nm无重叠波段连续可调谐输出。给出了1064 nm Nd∶YVO4激光器抽运下,由PPLN的极化周期和温度直接计算输出信号光波长的公式,以及由信号光波长和极化周期计算相应的晶体温度的公式。这样就可直接计算实现无重叠波段连续可调谐输出时不同极化周期所对应的温度调谐范围,而不必联立能量守恒和动量守恒公式,逐点进行尝试。另外,周期极化晶体的极化周期不可避免地较理想值有一定的偏移,且具有不均匀性,给出了利用实验获得的温度调谐曲线,对极化周期进行修正计算的方法。