1 山东大学光学高等研究中心, 激光与红外系统集成技术教育部重点实验室, 山东 青岛 266237
2 山东大学信息科学与工程学院, 山东省激光技术与应用重点实验室, 山东 青岛 266237
太赫兹参量源是一种激光驱动的太赫兹辐射源, 它具有高相干性、可调谐、室温运转等优点。在简要介绍太赫兹参量源的基本原理后, 重点总结了近年来国内外对太赫兹参量源的代表性研究成果, 主要包括: 1) 太赫兹参量源中常用的几种非线性晶体, 包括铌酸锂、磷酸钛氧钾、砷酸钛氧钾、磷酸钛氧铷; 2) 大单脉冲能量太赫兹参量源, 主要产生方法包括使用垂直表面出射结构、使用环形腔、增加非线性晶体损伤阈值等, 目前报道的最大单脉冲能量达到 17 μJ; 3) 高平均功率太赫兹参量源, 主要产生方法包括使用半导体激光器侧面泵浦激光器、兼顾提高泵浦光脉冲能量和脉冲重复频率等, 目前报道的最大平均功率为 367 μW; 4) 太赫兹参量源的理论模拟, 主要包括以耦合波方程为基础的, 分别针对太赫兹参量产生器、种子注入式太赫兹参量产生器、内腔泵浦与外腔泵浦太赫兹参量振荡器建立的理论模型。
非线性光学 受激电磁耦子散射 太赫兹参量源 非线性晶体 耦合波方程 nonlinear optics stimulated polariton scattering terahertz parametric source nonlinear crystal coupled wave equations
1 山东大学 激光与红外系统集成技术教育部重点实验室，山东 青岛 266237
2 山东大学 光学高等研究中心，山东 青岛 266237
3 山东大学 信息科学与工程学院，山东 青岛 266237
近年来，单光子探测技术在激光雷达等方面的应用越来越受到研究人员的关注。研制了基于InGaAs负反馈雪崩二极管（Negative Feedback Avalanche Diode, NFAD）的自由运转式集成型近红外单光子探测器。设计将被动淬灭原理的NFAD与主动淬灭技术结合，针对NFAD的信号读出电路易受电磁干扰的问题，创新地提出了无前级放大器的雪崩信号高阻抗差分提取电路，并采用吸波材料对关键电路部分进行了屏蔽，同时提高了淬灭性能和稳定性。此外，为了降低暗噪声计数率，针对集成制冷型NFAD器件的散热进行了详细的热设计，对集成热电制冷的NFAD器件和高速淬灭电路发热量较大的特点进行了电路和散热结构设计优化。通过实验对淬灭电路性能、散热设计和抗干扰设计进行了验证。结果表明：无前置放大器设计的探测器性能稳定，对1550 nm波长光子的最高探测效率可达33%，在−50 ℃、10%探测效率时可用死时间低至120 ns，此时暗计数率890 Hz，后脉冲概率10.6%。探测器散热性能良好，环境20 ℃风冷下的最低制冷温度可稳定在−58 ℃。上述结果表明这一低噪声计数、高集成度的通信波段近红外单光子探测器尤其适用于对性能和环境空间要求更严苛的应用场合。
单光子雪崩二极管 负反馈雪崩二极管 单光子探测 近红外 主动淬灭 single-photon avalanche diode negative-feedback avalanche diode single-photon detection near infrared active quenching 红外与激光工程
2023, 52(3): 20220907
1 南昌航空大学测试与光电工程学院，江西 南昌 330063
2 南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室，江西 南昌 330063
3 山东大学光学高等研究中心，山东 青岛 266237
4 山东大学激光与红外系统教育部重点实验室，山东 青岛 266237
从非线性光学基本原理出发研究了整形超短激光脉冲与硒化镓晶体光整流效应产生的可调谐宽带太赫兹辐射，并采用数值计算对上述过程进行了仿真研究，探索了整形激光脉冲参数对太赫兹辐射的影响。研究发现，利用4F整形系统调节激光频谱分量获得的整形超短激光脉冲与硒化镓晶体的光整流效应可以产生频谱可调的宽带太赫兹辐射，并且可以使太赫兹脉冲的中心频率由高频部分向低频部分调制，同时带宽也会发生一定的变化。
非线性光学 太赫兹 硒化镓晶体 光整流 整形激光脉冲 可调谐
1 山东大学激光与红外系统集成技术教育部重点实验室, 山东 青岛 266237
2 山东大学光学高等研究中心, 山东 青岛 266237
3 山东大学信息科学与工程学院, 山东 青岛 266237
4 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
基于非线性频率上转换的太赫兹波探测技术具有灵敏度高、响应速度快、可室温操作等优点,现有理论研究中仅考虑了差频转换或和频转换,而这与实验中观察到的二者共存的物理现实并不一致。本文提出了在非线性频率转换过程中差频与和频共存时的理论方程,并以DAST晶体为例模拟分析了不同晶体厚度及泵浦强度下的太赫兹波探测情况。理论计算表明:和频、差频共存下各波变化趋势与单差频或单和频情况有所不同;和频过程的存在会降低差频过程的效率,若只考虑差频,则结果将有所偏差。在特定实验条件下,同时利用差频光与和频光,总信号输出强度更大,其探测效率高于单差频的情况;存在一个最佳的晶体厚度,使得总信号输出最强。进一步计算表明,基于非线性频率上转换的太赫兹单光子探测有可能实现。
非线性光学 上转换 差频与和频共存 太赫兹波探测 单光子探测 中国激光
2021, 48(12): 1214001
1 山东大学信息科学与工程学院, 山东 青岛 266237
2 上海大学特种光纤与光接入网重点实验室, 特种光纤与先进通信国际合作联合实验室, 上海 200444
3 山东大学光学高等研究中心, 山东 青岛 266237
4 山东大学激光与红外系统集成技术教育部重点实验室, 山东 青岛 266237
5 中国科学院上海技术物理研究所红外成像材料与器件重点实验室, 上海 200083
基于聚合物材料的回音壁模式卵形微腔,打破了传统微腔的圆对称性,利用微腔边缘波长级的缺口,实现了远场发散角极小的定向出射。通过三维时域有限差分法仿真分析了卵形微腔的回音壁模式及定向输出特性,重点讨论了不同的变形参数对于远场特性的影响。选用最优的变形参数,得到了波长在536 nm附近的回音壁模式的近场、远场的光场分布特性,以及缺口尺寸对微盘输出光谱的影响,并将卵圆形微盘结构拓展到卵体形微球结构,进一步缩小了光束发散角(约为2.5°),其最高的定向出射效率达93%。该结构不仅可以作为光与物质相互作用的新颖的研究平台,拓展了缺陷变形微腔在定向出射领域的研究范畴,而且有利于推动微型光子器件在生物医学及环境检测等领域的发展。
激光光学 回音壁模式 卵形微腔 时域有限差分法 定向出射
利用通过金属化学气相沉积法长成的AlGaInAs饱和吸收体,对808 nm LD泵浦的Nd∶YVO4键合晶体进行被动调Q，获得了波长为1.06 μm的激光脉冲，测量了脉冲能量、脉冲宽度、脉冲重复率随泵浦功率的变化.当泵浦功率为10.57 W时，激光平均输出功率为3.45 W，斜效率为39%，重复频率达到最大值101 kHz.当泵浦功率为8.07 W时，脉冲宽度达到最小值1.76 ns.利用速率方程对该激光器进行理论分析，计算出输出脉冲能量、峰值功率、脉冲宽度和重复频率的理论值，实验结果和理论结果基本一致.
激光物理 饱和吸收体 调Q 速率方程 Laser physics AlGaInAs AlGaInAs Semiconductor saturable absorber Q-switching Rate equations
1 山东大学信息科学与工程学院, 山东 济南 250100
2 山东大学晶体材料国家重点实验室, 山东 济南 250100
报道了以KTP晶体作为倍频介质, 以Nd∶YAG晶体作为激活介质, 以SrWO4晶体作为拉曼介质的折叠腔型主动调Q腔内倍频拉曼激光器的输出特性, 给出了输出黄光平均功率、脉冲能量、脉冲宽度随激光二极管(LD)抽运功率及脉冲重复率的变化关系。在输入抽运功率为12.6 W, 脉冲重复率为20 kHz时, 获得了1.4 W的590 nm激光输出, 从LD到黄光的转换效率为11.1%。在输入抽运功率为12.6 W, 脉冲重复率为10 kHz时, 单脉冲能量为122 μJ, 脉冲宽度为4.0 ns, 相应的脉冲峰值功率为30.5 kW。
激光器 全固态激光器 拉曼激光器 腔内倍频 SrWO4晶体 主动调Q
山东大学信息科学与工程学院, 山东 济南 250100
在激光二极管(LD)端面抽运的固体激光器中,热效应是设计中必须考虑的重要参量之一。研究激光工作物质内热效应的最方便的方法是等效热透镜(TL)法。前人给出的公式算出的热透镜焦距比实验值小。针对“Top-hat”抽运光,在找出了导致计算值与实验值差距的原因后,给出了能够得出更为精确热透镜焦距值的改进方法,并进行了数值计算,根据计算结果给出了拟合方程。研究结果显示,热透镜焦距不仅仅是抽运功率的函数,还是激光半径与抽运光半径比的函数,并且在激光和抽运光半径大致相当的时候,热透镜焦距大约是原来公式计算值的1.6倍。在相同的抽运条件下,热效应造成的衍射损耗同用原来热透镜焦距计算的结果相比要小很多,同样和激光半径、抽运光半径有关。实验证明新理论比旧理论更接近实验结果。
激光技术 热透镜焦距 失真的衍射理论 “Top-hat”端面抽运 固体激光器
研究了外腔式SrWO4拉曼激光器在ns脉冲抽运下的输出特性。利用主动调Q的Nd∶YAG激光器产生的脉冲宽度为11.7 ns,输出能量为80 mJ的激光作为抽运源,拉曼激光谐振腔采用平平腔,实验采用4片对一阶斯托克斯脉冲和二阶斯托克斯脉冲不同反射率的输出耦合镜,测量了输出能量与抽运能量的关系,计算了转换效率与抽运能量的关系。当输出耦合镜对一阶斯托克斯脉冲的反射率为39.9％时,实验得到一阶斯托克斯脉冲的最大能量和转换效率分别为23.9 mJ和36.2%,当输出耦合镜对一阶斯托克斯脉冲和二阶斯托克斯脉冲的反射率分别为80.5％和12.4％时,得到二阶斯托克斯脉冲的最大输出能量和转换效率分别为16.4 mJ和25.4％,典型的一阶斯托克斯脉冲和二阶斯托克斯脉冲的脉冲宽度分别为6.1 ns和5.8 ns。
激光器 拉曼激光器 受激拉曼散射 钨酸锶(SrWO4)晶体
1 山东大学信息科学与工程学院,济南250100
2 山东大学晶体材料研究所,济南250100
得到了考虑腔内光强及反转粒子数密度的空间分布以及激光上、下能级组中能级分裂情况下四能级激光器输入输出关系的表达式 ,该表达式与以往得到的理论结果相比其精度有较大程度的提高。
四能级激光器 固体激光器 输入输出关系 阈值泵浦功率 速率方程 four-level laser solid-state laser outpu-unput ralation threshols pump power rate equation
