中红外可调谐腔内单共振光学参量振荡器的基础上分别以:PPLN

文摘

在这篇文章中,我们展示了一种连续波腔内单共振光学参量振荡器的基础上定期连接的分别:酸锂(分别以:PPLN)泵由一个二极管抽运钕:YVO4在1064 nm激光。只单共振光学参量振荡器输出空转光腔高反射率涂布在信号光。温度控制在120°C时,光栅周期设置为30.5μ采用m: PPLN,空转最大输出功率为1.27 W和中心波长3251 nm得到下一个事件二极管泵浦功率为12.4 W,对应于10.2%的转换效率。通过改变温度和采用的光栅周期:PPLN水晶、广泛可调中红外光谱从2.95到4.16μm。

1。介绍

3 ~ 5μ米波长范围中红外激光源不仅(中)已经引起了相当大的关注,由于其广泛的应用程序,如大气、污染监测、遥感、和差分吸收激光雷达(拨号)1- - - - - -5]。连续波(CW)特别是单频中红外激光源的一个重要应用高分辨率光谱分析(6]。目前,两个典型技术路线实现3 ~ 5所示μ米激光辐射直接刺激和非线性频率转换。它被认为是一种潜在的方式产生中红外激光的光参量振荡(详细的)由二极管抽运固体激光器泵浦。许多连续波和q开关可调红外激光器基于详细的通过调整时期,温度、角度,和其他参数(7- - - - - -11]。最近,有许多报告连续波(世博会)注入其可能extracavity well-refined固体激光器和光纤激光器(12- - - - - -15]。其可能与这个extracavity相比,腔内详细(IOPO)在非线性介质高能量密度的特点,结构紧凑,泵浦光的多个往返增加有效相互作用长度(16- - - - - -20.]。因此,输出功率和IOPO optical-optical转换效率高于世博会。单共振光学参量振荡器(SR-OPO),只有一个波的共振光学腔内,更稳定的最大输出功率高于其可能双重共振(DR-OPO)。1997年,首次报道了连续波腔内SR-OPO科韦尔et al。21]。KTP晶体注入由Ti:蓝宝石激光在腔内SR-OPO和总输出功率400 mW红外。

双折射相位匹配和输出波长控制角和折射率的温度调优。这些调优技术受限于角验收,坡印亭矢量的走下舞台,光束偏移。然而,在quasi-phase匹配非线性磁化率调制定期来补偿色散。quasi-phase匹配(经理)可以减轻双折射相位匹配的局限性(22]。温度和角度可用于调优女王交互。此外,控制光栅矢量也可以调整输出波长的女王。有许多关于定期的极化铁电晶体的文献报道,如定期连接的LiTaO₃定期(PPLT),连接的KTiOPO₄定期(PPKTP)和连接的RbTiOAsO₄(PPRTA) [23- - - - - -25]。周期性极化铌酸锂(PPLN)是一种理想和最全面的水晶的详细过程。2003年,Abitan和Buchhave报告内腔式连续波SR-OPO基于周期性极化铌酸锂(PPLN)作为非线性介质(26]。2004年,一个可调腔内连续波PPLN SR-OPO泵浦二极管抽运ring-cavity Nd: YAG激光演示,托辊可调范围从2.3到3.9μ米(27]。2012年,盛等人报告3.66 1.54 W的输出功率μm使用折叠腔和带内泵腔内SR-OPO吸收泵浦功率为21.9 W和7.0%的光电转换效率(4]。李等人产生最大信号输出功率为2.48 W 1586 nm和空转的输出功率1.1 W 3232海里总optical-to-optical转换效率31%28]。

本文基于定期单独可调连续波腔内共振详细调查了分别以:LiNbO₃(分别以:PPLN)由一个二极管抽运钕:伊沃₄在1064纳米激光在一个简单的线性腔被报道。通过改变光栅周期从28.5μ到31日μm和温度从30°C到150°C,可调托辊输出光谱范围从2.95μ米至4.16μm。惰最大输出功率为1.27 W和10.2%的转换效率达到120°C的温度和光栅周期为30.5μ采用m: PPLN。

2。实验装置设计

腔内的实验装置分别以:PPLN SR-OPO如图1。泵源是一个光纤耦合激光二极管与核心直径100 808海里μm和数值孔径为0.22。LD的输出光束聚焦成一个0.3% Nd:伊沃₄使用两个耦合透镜焦距的30毫米和100毫米。聚焦束点约为330μ米直径。了减少Nd:沃₄水晶我们使用3×3×10毫米³在大小和其入口的脸(S1)增透(AR)涂在808 nm和高反射(人力资源)涂在1064海里。LD泵浦功率的增加,越来越让热影响,输出功率下降。为了缓解热影响,Nd:伊沃₄包装与铟箔和水冷铜散热器安装紧密。和冷冻水的温度保持在18°C在整个实验过程。

SR-OPO平面镜M1的基于“增大化现实”技术(= 98.7%)涂在基本的波长1064 nm,人力资源(> 99%)信号波长在1.4 - -1.7μ米,人力资源(> 99%)涂在波长从3.2到4.2μm,部分反射(PR)涂层反射率在30 - 99%之间波动的波长从2.9到3.2μm。输出凹镜M2的曲率半径150毫米是人力资源(> 99%)涂在信号波长在1.4 - -1.7的范围μm和根本的波长1064 nm和高透光率(HT)涂在空转波长在2.9 - -4.2μm。因此,基本的Nd腔由S1:伊沃₄水晶和M2,详细的腔包括狭义货币供应量M1及广义货币供应量M2。因此,最新的信号波关闭腔,只有输出空转波。

分别以:PPLN我们使用AR涂层的基本波长1064 nm (< 0.5%)和信号波长1430 - 2128纳米,< 1%)和惰波长(2128 - 4800纳米,< 5%)在两个光通过表面。它包含七种不同的定期连接的光栅周期为28.5,29日,29.5,30.5,31日和31.5μm,分别以50×8.6×1毫米的尺寸³和分别掺杂浓度5%摩尔。只有前六期其可能被用作操作由腔涂层是有限的。实现温度调优,分别以:PPLN是安装在伺服控制烤箱。温度控制器和伺服控制烤箱温度由温度控制系统的调优水晶是其可能的从0到150°C。烤箱放在一个调整山与六自由度系统的校准和调优。

3所示。结果和讨论

SR-OPO空转波长的输出波长变化的时期反向域通过转移的位置分别以:PPLN晶片。在我们的实验中,可以成功地测量信号波长;然而,空转波的波长超过3.5μm的响应范围光学频谱分析仪的使用。惰波长可以确定,因为它是泵和相关信号波长根据方程: 在哪里 , ,和是波长的泵,信号,分别和空转。计算空转波长的函数的光栅周期28.5到31.0μ基于不同的分别:m PPLN温度值显示在图2。很明显,可以将惰波长连续可调范围为2.96μ31.0米(在域段μm和4.16 150°C)的温度μ28.5米(在域段μm和30°C)的温度。

详细的设置进行优化的入射泵浦功率12.4 W与不同光栅周期分别以:PPLN温度30°C。图3显示了空转输出功率与入射泵浦功率。输出功率与入射泵浦功率测量调整低于12.4 W。分别使用不同的光栅周期:PPLN 28.5, 29日,29.5,30.5,31μ米在30°C,最大空转输出大国的0.27,0.48,0.69,0.85,0.99,和0.89 W得到,分别,当入射泵浦功率为12.4 W。惰最大输出功率和diode-to-idler转换效率在持续上升趋势与光栅周期从28.5到30.5不等μ在31米,但它降低了μm。输出波长缩短和单一光子能量增加空转与光栅波段分别以:PPLN晶体从28.5到30.5μm;因此,空转输出功率和转换效率增加。此外,输出功率下降的光栅周期31μ米由于腔镜的高传输损耗。镜像M1的透光率在空转波长3201 nm达到40%,导致更大的腔损失和输出功率的下降在域段31μm。

其可能的空转输出功率和温度分别以:PPLN水晶为30.5μ米光栅周期如图4。详细过程的输出功率随着温度的增加而降低,当温度超过120°C。惰的单光子能量的增加也增加了分别以:PPLN温度低于120°C。分别以惰波长为3224 nm: PPLN温度控制在150°C;其可能的透光率输入镜像(M1)在这个波段也高达37%,导致大腔损失,然后导致输出功率的下降温度控制在150°C。在入射泵浦功率为12.4 W,空转最大输出功率为1.27 W得到温度控制在120°C和光栅周期为30.5μ米,对应于10.2%的转换效率。我们没有进一步提高泵浦功率,防止晶体,其可能的损害虽然高潜力巨大空转输出功率与泵浦功率更强大。

输出波长空转的腔内分别以:PPLN SR-OPO在120°C的温度和相应的光栅周期为30.5μ米被一个单色仪测量。图5显示测量光谱分辨率为0.05 nm,和插图显示相同波长的光谱分辨率为1纳米,范围从3000到3500纳米。可以看出,空转中央波长为3251 nm的线宽约2海里。

4所示。结论

总之,我们通过实验证明了一个紧凑的连续波腔内SR-OPO基于分别以:PPLN晶体。一个二极管抽运钕:沃₄采用激光作为泵激光集中在SR-OPO 1064海里。通过改变光栅周期和温度分别以:PPLN,广泛可调的中红外光谱从2.95到4.16μm空转的光。在120°C的温度和光栅周期为30.5μ米,最大空转输出功率为1.27 W下实现的入射泵浦功率为12.4 W diode-to-idler转换效率高达10.2%。中央空转波的波长3251 nm和线宽约2海里。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是由浙江省公共福利项目(2015 c34017和2017 c34008号),国家自然科学基金(号。61505147,61405126,61377021),和研究浙江省大学生创新基金(没有。2017 r426020)。

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