陈邱笛 1,2,3郑为比 1,2,3张沛雄 1,2,3,*李真 1,2,3陈振强 1,2,3
1 广东省晶体与激光技术工程研究中心, 广州 510632
2 广东省光纤传感与通信重点实验室, 广州 510632
3 暨南大学光电工程系, 广州 510632
本文研究了一种在激光谐振腔内额外加入晶体以优化谐振腔稳定性的方式, 通过在谐振腔内加入折射率合适的晶体有效提高了激光输出性能。本工作搭建了一台Nd3+∶Gd0.1Y0.9AlO3(Nd∶GYAP)晶体激光器, 并在激光谐振腔内置入LBO晶体, 研究对比了LBO对b切和c切晶体激光性能的影响, 以及有无LBO时的激光器性能, 包括输出功率、激光波长、光束质量和偏振特性。结果表明, 当在激光谐振腔内置入LBO后, 光谱和光束质量基本没有发生变化, b切Nd∶GYAP激光器的斜率效率从18.9%提高到24.3%, c切Nd∶GYAP激光器的斜率效率从2.87%提高到10.07%, b切晶体的最大输出功率从0.931 W增加到1.254 W, c切晶体的输出功率从63 mW增加到134 mW。置入LBO后, 输出激光的偏振由于旋光现象也会在一定程度上发生偏转。因此, 在一些必须延长腔长的情况下, 如调谐和锁模操作中, 该工作为其提供了一种提高激光器斜率效率和输出功率的方法。
~1 μm激光 输出功率 激光光谱 光束质量 偏振特性 LBO LBO Nd∶GYAP Nd∶GYAP ~1 μm laser output power laser spectrum beam quality polarization characteristic 激光与光电子学进展
2021, 58(19): 1914003
Author Affiliations
Abstract
1 GoLP/Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear, Instituto Superior Tecnico, Universidade de Lisboa, 1049-001 Lisboa, Portugal
2 Central Laser Facility, Science and Technology Facilities Council, Rutherford Appleton Laboratory, Harwell Science and Innovation Campus, Didcot, UK
3 INFN-LNF, Via Enrico Fermi 54, 00044Frascati, Italy
4 School of Engineering and Physical Sciences, Heriot-Watt University, Edinburgh, UK
A petawatt facility fully based on noncollinear optical parametric chirped pulse amplification (NOPCPA) technology, Vulcan OPPEL (Vulcan OPCPA PEtawatt Laser), is presented. This system will be coupled with the existing hybrid-CPA/OPCPA VULCAN laser system (500 J, 500 fs beamline; 250 J, ns regime beamline) based on Nd:glass amplification. Its pulse duration (20 times shorter) combined with the system design will allow the auxiliary beamline and its secondary sources to be used as probe beams for longer pulses and their interactions with targets. The newly designed system will be mainly dedicated to electron beam generation, but could also be used to perform a variety of particle acceleration and optical radiation detection experimental campaigns. In this communication, we present the entire beamline design discussing the technology choices and the design supported by extensive simulations for each system section. Finally, we present experimental results and details of our commissioned NOPCPA picosecond front end, delivering 1.5 mJ, ~180 nm (1/e2) of bandwidth compressed to sub-15 fs.
high-power laser LBO nonlinear crystal nonlinear optics ultra-broadband OPA ultrafast laser High Power Laser Science and Engineering
2020, 8(4): 04000e31
1 沈阳理工大学 理学院, 辽宁 沈阳 110159
2 鞍山紫玉激光科技有限公司灯泵实验室, 辽宁 鞍山 114044
为了得到一种三倍频效率高达60%的355 nm脉冲激光器, 采用曲率半径分别为2 m的凹凸高斯镜和9 m的平凹全反镜组合作为谐振腔, 加以电光调Q, 得到1 064 nm高光束质量激光输出, 再将其进行行波放大, 获得重复频率10 Hz、脉宽7.3 ns、单脉冲能量1.01 J的1 064 nm基频光输出。利用 Ⅰ 类相位匹配LBO晶体进行二倍频、 Ⅱ 类相位匹配LBO晶体进行三倍频以得到波长为355 nm的紫外光输出。通过二倍频和三倍频输出特性和非线性晶体参数的分析和实验调试, 最终获得了单脉冲能量为608 mJ、脉宽为5.7 ns、线宽为2 nm的紫外激光输出。通过优化二倍频的转换效率, 可使1 064 nm基频光到三倍频得到的355 nm紫外光的转换效率达60%。
固体激光器 高转换效率高能量 LBO晶体 355 nm紫外激光器 solid laser high efficiency and high energy LBO crystal 355 nm UV laser
1 中国建筑材料科学研究总院, 北京 100024
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
3 中国科学院 理化技术研究所, 激光物理与技术研究中心, 北京 100190
采用硼酸锂(LBO)晶体腔外和频Nd∶YAG 1 064 nm与1319 nm激光获得了高功率准连续微秒脉冲钠导星激光。通过改进的欧拉方法数值模拟了和频过程的三波耦合方程, 优化了基频光的束腰大小与LBO晶体长度。为了提高和频效率, 通过像传递系统对两路基频光进行扩束整形实现了空间模式匹配, 通过精确控制触发延时实现了时域激光脉冲同步。研究了500, 600, 800及1000 Hz条件下的和频输出特性, 结果显示, 该条件下分别产生了53, 42.6, 27及22 W的589 nm激光输出, 相应的和频效率分别为21.8%, 20.3%, 16.9%和16.3%。 黄光最高功率时的光束质量因子M2为1.32, 脉冲宽度为100 μs。采用了PZT与步进电机复合控制系统进行稳频, 实现频率的波动为±0.2 GHz, 保证了黄光波长在钠原子D2a谱线的吸收谱内。该项研究为获取50 W级高功率准连续微秒脉冲钠导星激光提供了有效的技术支持。
钠导星激光 高功率激光 硼酸锂(LBO)晶体 和频 稳频 sodium guide star laser high-power laser Lithium Borate(LBO) crystal sum-frequency generation frequency stabilization 光学 精密工程
2017, 25(10): 2661
1 西北大学 光子学与光子技术研究所, 西安 710061
2 西安文理学院 应用物理研究所, 西安 710065
利用差频发生器产生波长范围为1.1~2.2 μm的可调谐近红外激光.实验搭建了差频光路系统,以0.56~0.71 μm染料激光器作为泵浦光、1.064 μm的半导体激光器作为信号光,经过三硼酸锂晶体在Ⅰ类相位匹配方式条件下通过温度调谐非临界相位匹配方式差频产生较高功率的近红外激光,在近红外波段测得其平均输出功率在30 mW以上.泵浦光功率为1.2 W、信号光功率为0.31 W时,测得差频波长为1.54 μm的输出功率为35 mW,转化效率达11.7%.该近红外差频发生器具有宽调谐、窄线宽的特点.
非线性光学 近红外 差频发生器 非临界相位匹配 三硼酸锂晶体 Nonlinear optics Near-infrared radiation Different-frequency generation Non-critical phase-matched LBO crystal
报道了一台高效高功率的腔内三倍频355 nm 紫外激光器。倍频与和频均采用II 类相位匹配方式。选择谐波的偏振方向以提高1064 nm 基频光到355 nm 三倍频光的转换效率。在一个简单的线性谐振腔中，采用一个激光二极管侧面抽运的Nd∶YAG 的模块，双声光Q 开关进行调制，以两块LBO 晶体分别作为倍频晶体与和频晶体。在10 kHz重复频率下，当抽运光功率约为623 W 时，获得最大输出功率为51.5 W 的355 nm 激光，脉冲宽度为36.5 ns，光-光转换效率大于8%。测得x 与y 方向的光束质量因子分别为M 2x =10.89，M 2y =12.32。
激光器 紫外激光器 三倍频 lasers ultraviolet laser triple frequency 355 nm 355 nm LBO LBO 激光与光电子学进展
2015, 52(7): 071403
中航工业洛阳电光设备研究所, 河南 洛阳 471009
采用侧面泵浦Nd∶GdVO4晶体的方式, 利用I类相位匹配LBO(LiB3O5)晶体进行腔内倍频。腔型采用平凹直腔, 利用软件模拟优化谐振腔腔镜曲率半径、腔长以及晶体放置位置等参数, 在最大注入电功率750 W时获得9.7 W的671 nm光输出, 重复频率10 kHz, 发散角7.9 mrad, 电-光转换效率约为1.3%。
高重复频率 Nd∶GdVO4晶体 LBO晶体 红光激光器 high repetition rate Nd∶GdVO4 crystal LBO crystal red laser
北京工业大学 激光工程研究院， 北京 100124
报道了一种利用激光二极管(LD)端面泵浦Nd:YVO4晶体，声光调Q，LBO临界相位匹配腔内倍频的高效率、小体积、风冷绿光激光器。分析了不同偏振光泵浦的情况下，激光晶体对泵浦光的吸收特性。由分析得出，采用部分偏振光泵浦，可以提高激光晶体对泵浦光吸收均匀性，改善基波畸变，获得高转换效率激光输出。实验中，在泵浦光功率为33 W、声光调Q重复频率为20 kHz时，得到脉宽为23.96 ns、平均功率为15 W的1064 nm基频光输出。经倍频后，得到平均功率为11.2 W的绿光输出，倍频效率为74.6%，总体光-光转换效率为34%。在输出功率为10 W时，测得1 h内输出功率不稳定度为0.512 2%，水平方向和竖直方向的光束质量因子M2分别为1.2和1.1。
部分偏振光 腔内倍频 临界相位匹配 高效率 partially polarized light Nd:YVO4/LBO Nd:YVO4/LBO intracavity frequency doubled critical phase matching high efficiency 强激光与粒子束
2013, 25(11): 2831
1 长春理工大学理学院, 吉林 长春 130022
2 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所, 江苏 苏州 215163
为了提高Nd:YAG/LBO腔内倍频561 nm黄光激光器输出功率的稳定性，通过在谐振腔内插入双折射滤波器（BF）选择出单一谱线来实现。同时通过BF的角度调谐，分别得到了稳定的558 nm和556 nm单谱线输出。用5 W的激光二极管(LD)抽运Nd:YAG晶体，腔内加入2 mm厚的双折射滤波器，先通过BF放置角度的调谐获得单一谱线的基频光运转，再利用LBO晶体进行腔内倍频获得稳定的黄光输出。当抽运功率为时5 W时，556、558和561 nm激光的最大输出功率分别为256、189和227 mW，光光转换效率分别为5.12%、3.78%和4.54%。
激光器 谱线竞争 双折射滤波器 lasers 561 nm 561 nm line competition birefringence filter LBO LBO
