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We report on diode-pumped continuous-wave Pr:YLF laser and its frequency doubling to 320 nm. Maxiumum output power of the 640-nm fundamental wave reached 3.44 W with a slope efficiency of about 48.3%. Using a type-I phase matched LBO crystal as frequeny doubler, we have achieved a 320-nm ultraviolet radiation with a maximum output power of 1.01 W, which is the highest power that ever reported under diode pumping, to the best of our knowledge.

介绍和总结了近年来掺Yb稀土钙氧硼酸盐(Yb∶ReCOB)晶体激光器研究取得的主要进展。这些进展包括连续波激光器,声光调Q,以Cr 4+∶YAG、GaAs、二维材料等为可饱和吸收体的被动调Q,SESAM被动锁模,克尔透镜锁模,以及自倍频绿光和黄光激光器等。这类Yb∶ReCOB晶体对许多不同运转模式的全固态激光器应用都表现出很大潜力。

基于掺氧化镁铌酸锂晶体,采用临界相位匹配技术以及半整块腔型结构进行外腔倍频实验并制备了532 nm激光。对热透镜效应引起的倍频腔模式失配进行了理论分析。在较高基频光注入倍频腔时,通过重新进行模式匹配,缓解了模式失配对倍频转换效率的影响,最终可实现最大倍频转换效率为(49.3±0.45)%的倍频过程,对应输出功率为567.0 mW。通过模式清洁器改善了输出532 nm激光的光束质量并有效降低了其强度噪声,最终实现了输出功率为470 mW、光束质量因子为1.05的低噪声532 nm激光,其在分析频率1.65 MHz处达到散粒噪声极限。此倍频系统结构紧凑,输出功率稳定,可为集成量子压缩光源提供有效泵浦光场,在量子精密测量以及量子信息科学等领域中发挥重要作用。

设计了一种性能稳定、结构紧凑的光泵浦腔内倍频488 nm半导体薄片激光器。为获得光束质量好、输出性能稳定的488 nm激光器, 利用808 nm LD从顶面垂直泵浦半导体增益介质芯片获得976 nm基频光, 通过在腔内置入I类相位匹配的LBO晶体进行倍频获得488 nm激光输出。半导体增益介质芯片具有13量子阱和808 nm/976 nm双反射带反射镜, 其双面键合金刚石散热片。在泵浦功率为9.2 W时, 获得111 mW 488 nm激光输出, 光谱线宽为1.3 nm, 光-光效率为1.2 %, 光束质量M■■、M■■分别为1.03和1.02, 连续工作3 h激光输出功率不稳定度为0.6%。

根据278 nm激光系统的技术要求,研制了一种倍频分离膜,用于二倍频激光和四倍频激光的分离。实验以牌号为JGS1的石英玻璃作为基底,结合激光损伤热效应机理及材料的本征吸收,选择金属铪和UV-SiO2作为薄膜材料。利用Macleod膜系设计软件分析电场强度分布随膜系周期的变化规律,依据薄膜设计理论和激光损伤场效应机理,完成了倍频分离膜的设计。采用X射线光电子能谱仪、分光光度计和ZYGO干涉仪表征了薄膜的化学成分、光学性能和表面粗糙度。对实验结果进行对比分析,优化薄膜的生长工艺,减小了外因吸收。测试结果表明,当入射角为45°时,278 nm波长处的透过率为98.82%,556 nm波长处的反射率为99.80%,在40°~50°宽入射角范围内,光谱性能均可达到技术指标,激光损伤阈值为12.53 J/cm 2,满足使用要求。

报道了一种锁波长914 nm共振抽运的Nd∶YVO4/LBO腔内倍频的绿光激光器,利用锁波长914 nm的半导体激光器作为抽运源,极大地提高了抽运的均匀性和抽运效率,降低了激光器的热效应,从而获得了高光束质量的532 nm激光输出。当抽运功率为18 W,调制频率为130 kHz时,获得了最高输出功率为6.7 W的绿光,入射抽运光的光-光转换效率为37.2%,对应的吸收抽运光的光-光转换效率为60%。

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。

为了克服传统任意波形生成方法中电子瓶颈问题, 分析了基于微波光子学的射频任意波形的技术类型、特点和应用背景, 采用一种基于并联马赫-曾德尔调制器的倍频三角波生成方法, 引入均方根误差对输出信号和理想波形来评价, 并进行了理论分析和仿真验证。结果表明, 通过10GHz驱动信号生成了20GHz的三角波信号, 均方根误差为0.038, 即输出信号与理想信号吻合度较高;与其它方法相比, 该方法可生成倍频三角波, 信号波形与理论波形吻合度良好。该研究对未来基于微波光子学的射频任意波生成有指导意义。

用于激光冷却与原子布居数探测的激光光源是冷原子钟的重要组成部分,选用工业技术成熟的1560 nm光纤激光器和光纤放大器分别作为种子源和光放大器,经非线性倍频晶体对放大后的激光进行倍频,得到较大功率的780 nm的激光,通过饱和吸收稳频得到冷却激光,一部分冷却激光利用电光调制器和声光调制器移频6.8 GHz得到重泵浦激光,对上述激光进行适当的功率分配后提供给冷原子钟。对该套激光装置关键器件进行了特性测试,将稳频后的倍频激光与锁定在超稳激光上的光学频率梳进行拍频,得到的激光的线宽在74 kHz左右,其短期稳定度比外腔半导体激光器提高半个多数量级。将这样的激光光源应用于冷原子钟,可以减小探测激光频率噪声对喷泉钟稳定度的限制。

利用单块非平面环形腔单频激光器和声光移频器,获得了输出功率为10 mW的1064 nm双频激光,拍频调谐范围为125~175 MHz。采用光纤功率放大器可将1064 nm双频激光的功率放大到10 W。为了提高倍频效率,采用两块长度为15 mm的MgO∶PPLN晶体,获得功率为2.26 W的强度调制绿色激光,最高倍频效率为24.5%。当基频光的频差为150 MHz时,得到的绿光拍频分别为150 MHz和300 MHz,2 min拍频稳定性分别是2.7 Hz和5.3 Hz。