（光学专业论文）准相位匹配光参量效应与全固态激光器的研究.pdf

f 。、 l 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 关于论文使用授权的说明 删7 易犹 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 虢门午哆导师躲 摘要 摘要 准相位匹配( q p m ) 非线性光学频率变换以其特有的可以利用的有效非线 性系数高、可以满足相位匹配条件的波段宽、转换效率高等突出的优点，获得了 日益广泛的研究。特别是随着外加电场极化法制作周期极化晶体技术的发展，利 用周期极化晶体实现结构紧凑的全固态准相位匹配倍频过程( s h g ) 、准相位匹 配光参量和频( s f g ) 、准相位匹配光参量差频( d f g ) 、准相位匹配光学参量 过程( 包括光学参量振荡：器o p o 和光学参量发生：器r o p g 和光学参量放大器o p a 等) 等方面的工作逐渐成为研究的热点。 作者在“北京市自然科学基金( 4 0 6 2 0 0 8 ) 、“国家自然科学基金( 1 0 7 7 4 0 11 ) 等项目的资助下，对周期极化砷酸氧钛铷( p p r t a ) 准相位匹配倍频和光参量过 程进行了理论研究，实验上实现了l d 泵浦的y b ：y a g 全固态激光器的连续和调q 运转，并进行了腔内倍频实验。 本论文所做的主要工作如下： 1 研究了p p r t a 晶体准相位匹配倍频过程的允许参量带宽。比较了i 类、i i 类准 相位匹配倍频过程允许波长带宽、允许温度带宽、允许角度带宽、允许极化 周期带宽等允许参量带宽的大小，指出i i 类准相位匹配相对于i 类准相位匹配 的优点，为准相位倍频的实验过程提供了新的选择。 2 研究了p p 肌晶体同时满足准相位匹配和群速匹配条件下的相位匹配带宽。 通过角色散的引入，可以使同时准相位倍频和群速匹配的倾斜准相位匹配倍 频过程得以实现，从而可以使相位匹配带宽获得很大的提高。 3 对p p r t a 晶体i 、i i 类准相位匹配下的共线光参量调谐特性进行了研究。分析 了p p r t a - o p o 准相位匹配过程的泵浦光波长调谐、极化周期调谐、温度调谐 等的各自特点，并在此基础上提出了多极化周期和温度组合的调谐方式，从 而可以使信号光和闲频光在一个较宽的范围内调谐。研究了p p r t a o p o 过程 i i 类准相位匹配过程的特点，指出当泵浦光波长较短时，i i 类准相位匹配可以 使用较大的极化周期，在确定的极化周期下，i i 类准相位匹配的温度调谐可 以获得比i 类准相位匹配更宽的信号光和闲频光波长调谐范围。 4 对p p r t a o p o 的允许参量及同时满足准相位匹配和群速匹配条件下的增益 带宽进行了研究。分析了p p r t a 光参量过程的允许泵浦光波长、允许温度、 允许极化周期等允许参量，研究了p p 觚a 晶体非共线光参量过程中，同时满 足准相位匹配和群速匹配条件下的增益带宽随非共线角、晶体旋转角度、晶 体温度和极化周期等参量的关系。 5 对l d 泵浦的y b ：y a g 激光器进行了实验研究。结合模式匹配原则和a b c d 矩阵 北京工业大学理学博士学位论文 模拟了平一凹腔、v 型腔和z 型腔时的稳腔条件，在实验上实现了这三种腔型 条件下1 0 3 0 r i m 和1 0 5 0 n m 的连续光输出，并利用半导体可饱和吸收镜进行了v 型腔锁模方面实验的初步研究，获得了v 型腔时的稳定调q 运转。进行t l d 泵浦的场：y a g 激光器的l b o 腔内倍频实验，获得了稳定的绿光输出，指出 l b o 晶体的加入一方面可以获得倍频光输出，另一方面可以实现1 0 3 0 n m 单波 长运转。 关键词非线性光学；准相位匹配；周期极化砷酸氧钛铷；允许参量；倍频； 光参量效应；相位匹配带宽：增益带宽；掺镱钇铝石榴石晶体；半 导体可饱和吸收镜；全固态激光器：调q 锁模 a b s t r a c t i im a b s t r a c t t h en o n l i n e a ro p t i c a lf r e q u e n c yc o n v e r s i o nb a s e do nq u a s i - p h a s em a t c h e d ( q p m ) h a sr e c e i v e dw i d e l ya t t e n t i o nb e c a u s eo ft h eo u t s t a n d i n ga d v a n t a g eo fu s i n gt h e h i g h e s te f f i c i e n tn o n c o l l i n e a rc o e f f i c i e n ls a t i s f y i n gt h ep h a s em a t c h i n gc o n d i t i o no f t h ew h o l et r a n s m i s s i o nr a n g e ，h a v i n gh i g hc o n v e r s i o ne f f i c i e n c ya n ds oo n w i t ht h e d e v e l o p m e n to ft h ee l e c t r i c a lp o l i n gm e t h o di nt h ef a b r i c a t i o no fp e r i o d i c a l l yp o l e d m a t e r i a l s ，t h ec o m p a c ta l l s o l i ds t a t ew i n lq p m p r o c e s si np e r i o d i c a l l yp o l e d m a t e r i a l sh a sr e c e i v e d g r o w i n ga t t e n t i o n i n m a n yf i e l d s s u c ha s t h eq p m s e c o n d h a r m o n i cg e n e r a t i o n ( s h g ) ，q p ms u mf r e q u e n c yg e n e r a t i o n ( s f g ) ，q p m d i f f e r e n c e f r e q u e n c yg e n e r a t i o n ( d f g ) ，t h eo p t i c a lp a r a m e t r i cp r o c e s so fq p m i n c l u d i n gt h eo p t i c a lp a r a m e t r i co s c i l l a t o r ( o p o ) ，o p t i c a lp a r a m e t r i cg e n e r a t i o n ( o p g ) a n do p t i c a lp a r a m e t r i ca m p l i f i c a t i o n ( o p a ) a n ds oo n t h ea u t h o ro ft h i sd i s s e r t a t i o nh a sf i n i s h e ds o m et h e o r yr e s e a r c h e so nt h eq p m s h ga n dq p mo p ob a s e do np e r i o d i c a l l yp o l e dr b t i o a s 0 4 ( p p r t a ) t h e c o n t i n u o u sw a v ea n dq s w i t c h i n go u t p u to ft h ea l ls o l i ds t a t el a s e ru s i n gt h e s e m i c o n d u c t o rl a s e rp u m p e dy b ：y a gc r y s t a lh a v e b e e nc a r r i e do u ti ne x p e r i m e n t ，i n w h i c ht h ei n t e r n a lc a v i t ys h gw a sa l s or e a l i z e dw i t hl b oc r y s t a l ，w h i c ha r e s u p p o r t e db yt h eb e i j i n gn a t u r ep r o j e c t ( g r a n tn o 4 0 6 2 0 0 8 ) ，t h en a t i o n a ln a t u r a l s c i e n c ef o u n d a t i o no fc h i n a ( g r a n tn o 10 7 7 4 011 ) t h em a i nc o n t e n t so ft h i sd i s s e r t a t i o na r ei n v e s t i g a t e da sf o l l o w s ： 1 t h ep e r m i t t e dp a r a m e t r i cb a n d w i d t ho fs h gb a s e do np p r t ah a sb e e n r e s e a r c h e d t h ep e r m i t t e dp a r a m e t r i cb a n d w i d t h ss u c ha sp e r m i t t e dw a v e l e n g t h b a n d w i d t h ，p e r m i t t e dt e m p e r a t u r eb a n d w i d t h ，p e r m i t t e da n g u l a rb a n d w i d t ha n d p e r m i t t e dg r a t i n gp e r i o db a n d w i d t ho fq p m h a v eb e e nc o m p a r e dt y p eit ot y p ei i ， a n dd e d u c e dt h es u p e r i o r i t yo ft y p ei io v e rt y p ei ，a n dp o i n t e do u ta n o t h e rc h o i c e f o rt h eq p ms h gi ne x p e r i m e n t 2 t h ep h a s em a t c h i n gb a n d w i d t ho fs h gb a s e do np p r t au n d e rt h ec o n d i t i o n so f q p ma n dg r o u p v e l o c i t ym a t c h i n g ( g v m ) s a t i s f i e ds i m u l t a h e o u s l yh a sb e e n a n a l y z e d t h ep h a s em a t c h i n gb a n d w i d t hw o u l db eb r o a d e n e dr e m a r k a b l yw h e n t h es i m u l t a n e o u ss a t i s f a c t i o no fq p ma n dg v m t h r o u g hi n t r o d u c i n gt h es p e c t r a a n g u l a rd i s p e r s i o n 3 t h et u n i n gc h a r a c t e r i s t i co ft h ec o l l i n e a rq p mo p ob a s e do np p r t ai nt y p eia n d i nt y p ei ih a sb e e ni n v e s t i g a t e d t h ec h a r a c t e r i s t i co fp u m pw a v e l e n g t ht u n i n g ， g r a t i n gp e r i o dt u n i n ga n dt e m p e r a t u r et u n i n gh a v eb e e na n a l y z e d b a s e do nt h e i i l - a b c dm a t r i x ，a n dt h e o p e r a t i o n o ft h ed e v i c e sh a v e b e e na c h i e v e d e x p e r i m e n t a l l yi nw a v e l e n g t h so f1 0 3 0 姗a n d1 0 5 0n n l f u r t h e r m o r e ，t h e m o d e l o c k i n gh a sb e e nc a r r i e do u ta n dt h es t a b l eq - s w i t c h i n gr u n n i n g 、析t l la s e m i c o n d u c t o rs a t u r a b l ea b s o r b e rm i r r o r h a sb e e no b t a i n e da n dt e s t e d i nt h e v - s h a p ec a v i t y 1 1 1 es e c o n d - h a r m o n i cg e n e r a t i o no fl a s e rd i o d ep u m p e dy b ：y a g c r y s t a l 、析t l ll b 0h a sb e e na e h i e v e di ni n t e m a lc a v i t ya n dt h eo u t p u to fs t a b l e g r e e nl i g h th a sb e e no b t a i n e d a sac r u c i a le l e m e n t ，l b oi sn o to n l yr e s p o n s i b l e f o rt h es e c o n d - h a r m o n i cg e n e r a t i o n , b u ta l s of o rt h ea c h i e v i n go ft h es t a b l es i n g l e_ o u t p u to ft h el i g h ti nt h ew a v e l e n g t ho f10 3 0l n k e y w o r d s ：n o n l i n e a ro p t i c s ；q u a s i - p h a s em a t c h i n g ；p e r i o d i c a l l yp o l e dr b t i o a s 0 4 ； p e r m i t t e dp a r a m e t r i c ；s e c o n d - h a r m o n i cg e n e r a t i o n ；o p t i c a lp a r a m e t r i ce f f e c t ；p h a s e m a t c h i n gb a n d w i d t h ；g a i nb a n d w i d t h ；y b ：y a gc r y s t a l ；s e m i c o n d u c t o rs a t u r a b l e a b s o r b e rm i r r o r ；a l ls o l i d es t a t el a s e r ；q - s w i t c h i n gm o d e - l o c k i n g i v 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 目j 录1 0 r 第l 章绪论1 1 1 准相位匹配的原理。l 1 2 研究背景及内容。3 1 2 1 国外代表性研究成果3 1 2 2 国内代表性研究成果8 1 2 3 全固态激光器泵浦的周期极化晶体材料研究进展9 1 3 几种典型的周期极化材料及其特点l o 1 4 本文的研究目的和主要研究内容1 3 第2 章准相位匹配倍频允许参量及带宽的研究1 5 2 1 准相位匹配倍频的基本理论l5 2 2 倍频允许参量的研究18 2 2 1 允许波长带宽2 0 2 2 2 允许温度带宽2 2 2 2 3 允许角度带宽2 4 2 2 4 允许极化周期带宽。2 6 2 3 群速匹配条件下的参量带宽2 8 2 3 1 倾斜倍频准相位匹配。2 9 2 4 本章小节3 6 第3 章p p r t a 光参量调谐特性3 7 3 1 准相位匹配倍频的基本理论3 7 3 2 共线p p r t a o p o 的调谐输出4 0 3 3 非共线p p r t a o p o 的调谐输出5 0 3 3 1 准共线准相位匹配51 3 3 2 非共线准相位匹配5 3 3 4 增益及参量带宽特性5 6 3 4 1 泵浦光波长的允许参量带宽5 7 3 4 2 晶体温度的允许温度带宽5 9 3 4 3 晶体极化周期带宽6 2 3 5 非共线增益带宽6 4 3 5 1 同时满足q p m 和g v m 时的非共线角和极化周期6 4 3 5 2 增益带宽6 6 3 6 本章小结7 2 第4 章l d 泵浦y b ：y a g 锁模激光器7 4 4 1l d 泵浦y b ：y a g 全固态激光器7 4 4 1 1 端面( 纵向) 泵浦7 4 4 1 2 横向( 侧面) 泵浦7 5 4 1 3 其它泵浦方式7 5 4 1 4y b ：y a g 晶体材料的特性7 5 北京工业大学理学博士学位论文 4 2y b ：y a g 准三能级速率方程7 8 4 3l d 泵浦y b - y a g 连续激光输出的理论和实验研究8 2 4 3 1 平凹腔8 2 4 3 2v 型腔8 3 4 - 3 3z 型腔8 5 4 4 实验结果及分析8 8 4 4 1 平凹腔输出功率与泵浦电流的关系8 9 4 4 2v 型腔输出功率与泵浦电流的关系9 2 2 4 3z 型腔输出功率与泵浦电流的关系9 5 4 5l b o 腔内倍频9 7 4 6s e s a m 锁模的初步研究9 9 4 6 1 锁模的基本原理9 9 4 6 2 锁模的基本理论1 0 3 4 6 3 锁模的实验研究1 0 6 4 7 本章小结1 0 8 结论10 9 参考文献1 ll 附录12 4 攻读博士学位期间发表的论文和参加的科研项目_ 1 2 5 j l 【谢12 6 第1 章绪论 第1 章绪论 科学技术的进步对激光提出了很多新的要求，其中很重要的一点是希望能 够扩展可利用的激光波长的范围，即将单一波长的激光向其它波段扩展，或者 获得波长可调谐的激光，也就是通常所说的激光变频技术和可调谐激光技术。 长期的实践证明，利用非线性晶体的光学频率变换技术，是拓宽激光波长范围 的一个最有效的方法。 非线性光学频率变换技术包括倍频、和频、差频、光学参量转换等多种方 式。从相位匹配条件来看，可以分为两类双折射相位匹配( b p m ) 技术和 准相位匹配( q p m ) 技术1 1 1 。双折射相位匹配技术，是利用单轴或双轴非线性 晶体的双折射特性和色散特性，通过选择光波的波矢方向和偏振方向来实现相 位匹配；而准相位匹配技术，是通过周期性地改变材料的自发极化方向来补偿 相位失配，从而在准相位匹配介质的整个透光波段内实现高转换效率的频率变 换。 1 1 准相位匹配的原理 实现双折射相位匹配通常有两种方法：一是改变泵浦光与非线性晶体光轴之 间的夹角，即角度调谐方法；二是改变晶体的温度，即温度调谐方法。角度调谐 中，由于匹配角稍有偏离，就会破坏原来的相位匹配，因此也称为临界相位匹配 ( c r i t i c a lp h a s e - m a t c h i n g ，简称为c p m ) 。温度调谐过程中为了减小走离效应，通 常选择匹配角等于9 0 口，这样，不论是o 光还是e 光它们的传输方向一致，不存 在走离效应。通过调节晶体的温度来实现的相位匹配又叫非临界相位匹配 ( n o n c r i t i c a lp h a s e - m a t c h i n g ，简称为n c p m ) 。 利用双折射晶体的角度调谐是实现波长调谐输出的一种重要的方式。但是， 由于受到双折射相位匹配自身特点的制约，无法利用晶体的最大的非线性系数 盔，同时由于走离效应限制了相互作用长度，从而在很大程度上限制了转换效 率，为了获得足够的转换效率就必须使用更高的泵浦密度，或者使用脉冲方式泵 浦。双折射相位匹配要求晶体必须是各向异性的，从而使一些各向同性的晶体材 料如l f r a 0 3 ( 蛐等无法实现双折射角度调谐输出，同时角度调谐的双折射相位匹 配也难以实现晶体整个通光波段内的调谐。 1 9 6 2 年诺贝尔物理学奖得主j a a r m s t r o n g 等提出了准相位匹配的概念，其 北京工业大学理学博士学位论文 核心思想是利用非线性极化率的周期跃变来补偿相干长度后的相位失配，从而可 以实现非线性光学频率变换效应的增耐。但是，由于当时加工制作工艺落后， 无法制造出准相位匹配介质，致使相当长的一段时期内，准相位匹配仅仅停留在 理论阶段，并没有得到实际应用。 获得准相位匹配最有效和实用的方法，是沿互作用光的传播路径对材料的非 线性系数进行空间调制，这种调制在铁电体中可以通过周期性地交替改变晶体中 铁电畴只的取向，使得有效非线性系数在一和+ 勤间交替变化来获得，如图 1 1 所示。 图i - i 铁电材料周期反转示意图 f i g 1 - 1t h es c h e m a t i co f p e f i o d i c a u yp o l e df e r r o e l e c t r i cm a t e r i a l 以倍频为例，基频光和倍频光在晶体中以不同的相速度传播，当二者之间 的相位失配量积累到万，即走过一个相干长度时，驱动非线性极化系数的符号 刚好反转使得相位差“复位 为零，使得在下一个相干长度中本该回流的能量 继续向倍频光的方向流动，这样就会在沿晶体的通光方向上产生阶梯上升的变 换光输出功率，如图1 2 的( c ) 所示。 篷 8 一 图卜2 倍频输出功率与相干长度的倍数的关系嘲( a ) 完全相位匹配( b ) 非相位匹配 ( c ) 准相位匹配 f i g 1 - 2t h es h gp o w e rv e r s u st h et i m e so fc o h e r e n tl e n g t h ( a ) p h a s e m a t c h e d ( b ) n o n - p h a s e - m a t c h e d ( c ) q u a s i - p h a s e 。m a t c h e d 第1 章绪论 _ - 图1 - 3 准相位匹配和双折射相位匹配参量增益的比较 f i g 1 - 3t h ec o m p a r i s o n so fp a r a m e t r i cg a i no fq p ma n db p m 图1 3 给出了准相位匹配和双折射相位匹配参量增益的比较，从图1 3 可 以看出，由于最大有效非线性系数盔，的使用，准相位匹配的转换效率相对双折 射相位匹配有很大的提高。 1 2 研究背景及内容 2 0 世纪7 0 年代初期，通过反转孪晶实现了q p m l 3 1 。七十年代后期，利用 非线性系数交变的晶体薄片堆来进行q p m 的倍频实验 4 1 。八十年代初，南京 大学阂乃本院士领导的科研组生长出了周期极化反转的晶体材料并进行了倍频 实验1 5 j 。但是，无论是反转孪晶，还是晶片堆积都会有不可避免的“堆积 偏 差。九十年代以来，m y a m a d a 等人首次利用外加电场极化法对铁电晶体的铁 电畴实现周期性极化反转，成功地实现了倍频蓝光输出【6 】。外加电场极化法技 术的发展及其成熟，掀起了国内外研究周期极化晶体材料的热潮。 1 2 1 国外代表性研究成果 国外在周期极化晶体材料的研究方面较早，生长技术较为成熟，同时也针 对不同的周期极化晶体材料开展了相应的研究工作，获得了较为前沿的研究结 果。下面给出了几种典型的周期极化晶体材料有代表性的研究成果。 周期极化铌酸锂( p p l n ) 1 9 9 3 年，c q x u 等人首次实现了光通信波段的单通道波长变换【7 】。1 9 9 4 年以来，美国斯坦福大学的m m f e j c r 等人在p p l n 晶体材料实现光通信波段 零-暑-暑t芎口otj量-i 北京工业大学理学博士学位论文 波长变换方面的研究取得了巨大的成功阻13 1 。1 9 9 5 年，l e m y e r s 等第一次实 现了p p l n o p o 运转，利用半导体激光器泵浦的n d ：y a g 调q 激光器泵浦长 1 5 r a m ，厚o 5 m m 的p p l n 晶体，该o p o 实验装置的振荡阈值仅为1 2 a d ，可以 实现1 6 6 2 9 5 a m 的连续调谐输出( 晶体温度从室温到1 8 0 。c 之间变化) 【1 4 】。 为了实现更宽波长的调谐范围，l e ：m y e r s 等采用多周期p p l n ( 极化周期 2 6 3 2 a m ) 制成单谐振光参量振荡器( s r o ) ，阈值6 a j ，可调谐范围 1 3 6 4 8 3 a m 。当泵浦功率1 0 0 m w ，重复率l k h z 时，获得6 m w 的输出( 波长 4 1 a m ) 【1 5 】。2 0 0 4 年，h yc l a r k 等将m ：y a g 激光器输出的1 0 6 4 n m 的激光和 分布反馈式半导体激光器输出的1 5 6 0 n m 的激光利用多周期极化的p p l n 晶体差 频，获得3 3 6 a m 的连续光输出，并应用于探测空气中的甲烷【1 6 】。2 0 0 5 年， t s u t o m uy a n a g a w a 等利用9 4 0 n m 的l a s e rd i o d e ( l d ) 和中心波长15 5 0 n m 的包 含掺铒光纤放大器的外腔l d 的输出激光，利用p p l n 晶体差频，通过调整信 号光波长获得2 a m 附近超过1 3 0 n m 带宽的闲频光可调谐输出【1 7 1 。2 0 0 6 年， j o n g h o o ny i 等将n d ：y a g 激光器输出的10 6 4 n m 激光泵浦p p m g l n o p o ，并将 产生的信号光( 1 8 1 a m ) 和闲频光( 2 5 8 a m ) 利用p p l n 晶体差频，获得超越 p p l n 晶体透光波段的6 0 6 2 a m 可调谐输出，其最大脉冲能量为0 2 1 a j 【1 8 1 。 2 0 0 7 年，z h e n s o n gc a o 等将可调谐钛宝石激光器和l d 泵浦的n d ：y a g 激光器 输出的1 0 6 4 n m 激光通过p p l n 差频，获得2 8 4 8 a m 的c w 闲频光输出，并 将其用于探测空气中的2 d 【1 9 1 。h w a n h o n gl i m 等采用共线准相位匹配的 p p l n o p g ，在单一的极化周期2 7 a m 下，通过选择泵浦光波长为9 3 3 n m ，使信 号光和闲频光实现群速匹配，从而使增益带宽保持在1 4 0 0 2 6 0 0 n m 之间，并通 过和频泵浦光和信号光产生绿光和红光，倍频泵浦光产生蓝光，实验上实现了 红、绿、蓝三基色光的同时产生【2 0 】。2 0 0 7 年，m h e n r i k s s o n 等采用布拉格光栅 作为p p l n o p o 的输出镜，获得的信号光和闲频光的线宽分别为0 4 4 n m 和 0 7 2 n m ，比用一般的输出镜时的线宽相应地压缩了8 0 倍和6 0 倍【2 。同年， m u e b e m i c k e l 等将带有分布式布拉格反射镜的半导体激光输出的9 4 6 n m 波长 的激光利用p p l n 晶体倍频，获得超过4 0 0 m w 的蓝光输出，这是目前为止采用 单片的半导体激光器并采用单通过结构，4 8 8 n m 蓝光获得的最大输出【2 2 1 。2 0 0 8 第1 章绪论 年，o p r a k a s h 等通过选择合适的泵浦波长和极化周期，理论上计算出共线准 相位匹配的p p l n 晶体光参量产生过程中，简并点波长附近，信号光和闲频光 群速度的匹配，从而使增益带宽达到几百纳米以上，并通过实验加以验证【2 3 】。 a e s t e b a n m a r t i n 等利用飞秒( f s ) 钛宝石激光器同步泵浦l m m 厚的p p l n 晶体， 通过调整腔长获得1 3 3 1 5 7 u m 的信号光，结合b i b o 晶体倍频，获得 6 6 5 7 7 8 n m 的可调谐红光输出【2 4 1 。2 0 0 8 年，o b j e n s e n 等利用重复率6 k h z ， 平均功率1 5 w ，输出波长1 0 3 l n m 的调qy b ：y a g 激光器作为泵浦源，通过p p l n 晶体的光参量过程产生1 3 5 8 n m 的信号光和4 2 8 2 n m 的闲频光( 极化周期 2 6 5 p m ) ，并利用该p p l n 晶体和频信号光和泵浦光( 极化周期8 8 5 t m ) ，获 得功率3 0 0 m w ，波长5 8 6 n m 的黄光输出，转换效率为2 3 2 5 】。此外，对p p l n 的研究热点还包括光脉冲整形、全光开关、全光波长变换、t h z 波等方向口7 1 。 周期极化掺镁铌酸锂( p p m g l n ) 1 9 9 9 年，m n a k a m u r a 等制作成功长3 0 m m ，极化周期2 6 2 3 2 , u m 的 p p m g l n ，并进行了p p m g l n o p o 实验，证实t p p m g l n 在抗光致损伤相对于 p p l n 的优越性【3 引。2 0 0 2 年，n a ne iy u $ 1 j 用有效非线性系数以( 而非传统的如) 实现t p p m g s l n 晶体光通信波段1 5 6 6 n m 的准相位匹配倍频过程和群速度匹配 的同时满足，将倍频的相位匹配带宽由0 类准相位匹配时的1 3 7 m 提高至：l j i 类准相 位匹配时的5 2 n m l 3 9 】。2 0 0 3 年，y a h u ic h e n 等自制t p p m g s l n 晶体，并通过其 三阶准相位倍频过程将脉冲宽度6 0 声，重复率8 2 m h z 的钛宝石激光器倍频获得 4 0 0 n m 的紫外光输出，转换效率达2 0 5 1 4 0 l 。2 0 0 6 年，h p l i 等利用l d 泵浦的 被动调qn d ：y a g 激光器泵浦多周期p p m g l n o p o ，并结合温度调谐获得信号光 1 5 1 7 t m 和闲频光2 。8 3 6 t m 的调谐输出，并根据实验结果对中红外波段 p p m g l n 的温度色散方程进行了修正，在不采用压缩线宽设备的条件下，获得的 信号光和闲频光线宽均在o 5 1 o h m 之间【4 1 1 。2 0 0 8 年，h i d e k ii s h i z u k i 等研究了 厚度为3 i l u i l 的p p m g l n 晶体的光参量过程，并与p p l t 、p p l n 、p p m g l n 等进行 了对比【4 2 1 。同年，r a v ib h u s h a n 等采用调q 的n d ：y a g 激光器泵浦横截面为 5 x 5 m m 2 ，长度为3 6 m m ，极化周期为3 2 1 t m 的大尺寸p p m g l n 晶体，获得1 8 6 m j 的信号光和闲频光输出，其斜效率为5 8 【4 3 1 。j i r os a i k a w a 等利用将大尺寸的 p p m g l n 产生光参量过程，并利用z g p 晶体差频，第一次获得毫焦量级的、窄线 宽的中红外激光输出，可调谐范围为4 6 11 2 , u r n 4 4 1 m i c h a e lg r e g o r yp u l l e n 等 北京工业大学理学博士学位论文 采用长度为5 0 m m ，极化周期为6 1 5 , u r n 的p p m g l n 晶体倍频光纤激光器输出的 1 0 2 9 n m 的激光，获得2 3 w 的绿光输出，其转换效率为3 2 ，这是目前为止采用 单通过结构获得的功率最高的、转换效率最大的单频绿光1 4 5 1 。s h i h y ut u 等利用 倍频后的调q n d ：y a g 激光器泵浦极化周期为8 1 t m 的p p m g s l t 晶体，将5 3 2 n m 泵浦光和p p m g s l t 晶体光参量过程产生的信号光进行腔内和频，通过改变晶体 温度获得大约l 所w 的3 2 4 3 9 2 n m 范围内可调谐的深紫外激光输出【4 6 】。 k a n g j e o nh a r t 等利用科尔棱镜锁模的钛宝石激光器同步泵浦p p m g s l n 晶体，通 过改变泵浦光波长，获得的o 9 8 1 5 , u r n 的可调谐信号光输出，其最短脉冲宽度 为6 6 归，阈值约为4 6 0 m w ，斜效率约为3 7 4 7 1 。2 0 0 9 年，d o n g h o o nl e e 等利 用5 3 2 n m 的c w 泵浦多周期的p p m g l n 晶体并结合温度调谐，获得信号光 8 0 0 9 2 0 n m 和闲频光1 2 5 0 1 5 8 0 n m 的调谐输出【4 引。 周期极化磷酸氧钛钾( p p k t p ) 2 0 0 1 年，j e a n p h i l i p p ef 6 v e 等报道了利用圆柱状的p p k t p 晶体实现宽调 谐的p p k t p o p o ，泵浦光为n d ：y a g 输出的1 0 6 4 r i m 波长激光，通过旋转晶体 2 6 0 ，可以实现信号光1 5 1 5 2 0 4 0 n m ，闲频光2 2 2 0 3 5 6 0 n m 的几乎连续的宽 范围调谐波长输出【4 9 】。2 0 0 2 年，d w o l l 等报道了锁模的痧l n g a a s 半导体激光 器泵浦的p p k t p 晶体的相干光倍频4 6 0 n m 蓝光输出，输出功率达2 5 0 m w 5 0 1 。 2 0 0 3 年，b a g a t e 等利用p p k t p 光波导倍频c r ：l i s a f 产生了高效率的蓝光输 出，当输入功率2 7 m w 时，输出功率5 6 r o w 转换效率达3 7 【5 。2 0 0 3 年，c c a n a l i a s 等将熔盐法生长的o 5 m m 厚的k t p 晶体制成极化周期只有8 0 0 n m 的 p p k t p 晶体材料，极化反转电压约为k v m mi s 2 1 。2 0 0 4 年，yec h e n 等利用 l d 泵浦的调q n d ：y v 0 4 激光器产生的1 0 6 4 n m 和1 3 4 2 n m 激光利用p p k t p 晶体 腔内和频，产生平均功率6 1 0 所的波长5 9 3 n m 的激光输出【53 。2 0 0 5 年，x d m u 等利用部分极化的p p k t p 晶体( 极化部分用于产生倍频、未极化部分用于产生 三倍频，并分别控温) 将l d 泵浦的调q n d ：y a g 激光器输出的激光腔内三倍 频获得平均功率11 8 肌矽的4 4 0 n t o 蓝光输出【5 4 1 。同年，p t l i c h t e n b e r g 等利用 p p k t p 晶体将l d 泵浦的n d ：y a g 被动调q 激光器和高相干性的l d 泵浦 n d ：办q 激光器输出的激光和频，获得了波长5 9 3 n m 的黄光输出【5 5 1 。2 0 0 7 年， ， y ep u 等利用f s 钛宝石激光器实现了极化周期为4 6 1 , u m 的p p k t p 晶体i i 类准 第1 苹绪论 相位匹配的o p g 过程，频率下转换效率达4 3 5 6 】。l i v i un e a g u 等分别利用 k t p o p o ( 内腔) 和p p k t p - o p o ( 外腔) ，产生了人眼安全波段的功率为百毫 焦的信号光输出【5 7 】。ep i g n a t i e l l o 等采用莫尔干涉仪测量了p p l n 和p p k t p 晶 体室温到2 0 0 。c 的热膨胀系数【5 8 】。m h e n r i k s s o n 等利用体布拉格光栅作为输出 镜压缩p p k t p o p o 输出的信号光和闲频光的线宽，并进一步采用z n g e p 2 晶体 进行光参量振荡获得3 5 z m 的中红外波段可调谐输出【5 9 1 。b j 6 mj a c o b s s o n 等利 用体布拉格光栅作为p p k t p o p o 的反射镜，不但压缩了输出线宽( 0 2 5 n m ) ， 而且信号光可以在7 5