钒酸盐晶体拉曼及其混频可见光波段激光研究进展
发布时间：2021-08-11 08:57
受激拉曼散射是获得新型波长激光的重要变频手段。腔内拉曼激光同时存在着基频光和多阶斯托克斯光,为通过二阶非线性光学变频获得多种可见光波长激光提供了基础,可满足一些领域对多种波长激光的应用需求,在激光医疗、激光显示、光谱成像和生物光子学等领域具有重要应用。钒酸盐晶体具有优异的受激拉曼散射特性,是钕离子激光驱动的重要固体拉曼增益介质。简要介绍了钒酸盐晶体拉曼光谱特性以及相关拉曼激光研究现状,随后对近年来拉曼倍频与和频激光的研究进展进行了总结,并对基于拉曼选择性混频实现可见光波段可选激光技术的发展及应用前景作了简要分析。
【文章来源】：激光与光电子学进展. 2020,57(07)北大核心CSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
YVO4晶体的拉曼频移特性图[16]
为了在较高的抽运功率下实现更高的拉曼激光输出功率，通常可采用键合结构的自拉曼晶体。图2给出了本课题组曾设计的用于自拉曼激光的单端和双端键合Nd…YVO4晶体。在设计双端键合三段式自拉曼晶体时，中间的掺钕离子自拉曼晶体需根据其激光性能来设计；自拉曼晶体的抽运光输入端键合一段未掺杂的晶体以改善热效应；自拉曼晶体的另一端键合一段较长的未掺杂晶体，作为拉曼增益介质以提高拉曼变频效率。自拉曼晶体两端键合的基质晶体不但可通过热传导帮助自拉曼晶体散热，改善拉曼器件的热效应，而且可与自拉曼晶体一起作为拉曼增益介质，增长了拉曼作用介质的长度，有效提高拉曼变频效率和输出功率，从而降低激光阈值。而且晶体变长后与冷却的热沉相互接触面积增大，改善了晶体的冷却效果。热透镜效应的改善，又可降低对基波和拉曼光的衍射损耗，从而提高激光光束质量。2011年，本课题组将该三段式键合晶体应用于自拉曼倍频，实现了高效的588nm黄光输出[19]。2010年Du等[32]基于键合的Nd…YVO4晶体，在25 W抽运功率和90kHz重复频率下，获得了平均输出功率为3.1 W和转换效率为12.4%的1176nm激光输出。同年Fan等[33]报道了基于YVO4/Nd…YVO4/YVO4三段式键合的连续波拉曼，有效改善了热效应并降低了阈值，在25.5W的抽运功率下实现了2.8W输出功率和11%转换效率的1175nm激光输出。2019年，Chen等[34]报道了基于c切键合Nd…YVO4晶体的Cr4+…YAG被动调Q拉曼，在20.6 W的抽运功率下，实现了2.53 W输出功率和12.3%转换效率的1178nm激光输出。3.3 二阶Stokes激光的研究进展
目前针对钒酸盐晶体拉曼腔内混频用到的常见二阶非线性光学晶体主要有LBO、BBO和KTP三种，相位匹配方式主要包括温度匹配和角度匹配。表4给出了利用SNLO软件对各个晶体的相位匹配参数进行计算的结果。针对混频实现单个波长的输出，不同晶体各有优缺点。利用温度调节的LBO和角度调节的BBO晶体可能输出尽量多波长的可见激光。BBO晶体在近红外波段的选择性混频相位匹配的容忍温度大，对温度不敏感，而对角度比较敏感，利用适合采用角度调节的临界相位匹配技术进行拉曼选择性混频。LBO晶体角度调节的临界相位匹配需要改变的角度较大，对温度较为敏感，适合温度调节的LBO晶体非临界相位匹配技术具有没有走离角、可通过增加晶体长度来提高转换效率的优点，但需要实现对LBO晶体在很大的范围（如-1～149℃）的温度调节，这不但对温控设备提出了挑战，而且存在温度切换直到稳定下来的速度比较慢的问题。相较于温度调节的非临界相位匹配技术，BBO晶体临界相位匹配技术虽然存在较大走离角，影响了转化效率，但其只需微调晶体角度2.5°以内即可输出5个不同波长的激光，切换起来更加方便快捷。同时BBO晶体的有效非线性光学系数（2.0pm/V）较大，比LBO晶体（0.84pm/V）高出一倍以上，可在一定程度上弥补走离角的不足。所以实验室以BBO晶体为主开展相关研究。5.2 连续波拉曼混频波长可选激光
【参考文献】：
期刊论文
[1]1318nm ZnWO4/Nd…YAG二阶拉曼激光器[J]. 任席奎,谢建,阮双琛,裴继红,王欣,于浩海,张怀金,吕启涛,郭丽,曹洪涛,谢圣君,高云峰,何柏林,杜晨林. 光学学报. 2020(05)
[2]基于楔形Nd:YVO4/KTP双折射滤波的单频绿光激光器[J]. 高志红,张文喜,郭晓丽,赵亚帅,伍洲,颜博霞,亓岩,冯其波. 中国激光. 2020(03)
[3]级联Nd:GdVO4自拉曼1309nm激光性能研究[J]. 张喜梅,陈思梦,施沈城,周青青,段延敏,朱海永. 红外与激光工程. 2019(11)
[4]First-Stokes Wavelengths at 1175.8 and 1177.1 nm Generated in a Diode End-Pumped Nd:YVO4/LuVO4 Raman Laser[J]. 周青青,施沈城,陈思梦,段延敏,张喜梅,郭锦,赵斌,朱海永. Chinese Physics Letters. 2019(01)
[5]Nd:YVO4/Nd:GdVO4组合晶体双频激光器实验研究[J]. 金涛,胡淼,李鹏,范红丹,韩宁,冯冰,欧军,周雪芳,杨国伟,卢旸,毕美华. 激光与光电子学进展. 2018(09)
[6]主动调Q内腔式Nd…YAG/m-LaVO4拉曼激光器[J]. 白如雪,林海枫,张莉珍,陈玮冬,林州斌,张戈. 中国激光. 2018(09)
[7]Multiwavelength visible laser based on the stimulated Raman scattering effect and beta barium borate angle tuning[J]. 李小丽. Chinese Optics Letters. 2016(02)
[8]Diode-Pumped c-Cut Nd:Lu0.99La0.01VO4 Self-Stimulated Raman Laser at 1181 nm[J]. 蔡微洋,段延敏,李江涛,严林菲,毛梦姣,赵斌,朱海永. Chinese Physics Letters. 2015 (03)
[9]半导体激光端面抽运Nd:YVO4自拉曼和频559nm激光[J]. 段延敏,朱海永,凤正荣,张耀举,郑崇伟. 中国激光. 2013(05)
[10]全固态多波长激光眼底病治疗设备[J]. 刘文陆,周传清,任秋实. 中国医疗器械杂志. 2012(05)
博士论文
[1]Nd：LuVO4晶体特性及其全固态激光器研究[D]. 刘凤芹.山东大学 2007
硕士论文
[1]拉曼倍频黄光激光器的研究[D]. 刘波.山东大学 2007
本文编号：3335877
【文章来源】：激光与光电子学进展. 2020,57(07)北大核心CSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
YVO4晶体的拉曼频移特性图[16]
为了在较高的抽运功率下实现更高的拉曼激光输出功率，通常可采用键合结构的自拉曼晶体。图2给出了本课题组曾设计的用于自拉曼激光的单端和双端键合Nd…YVO4晶体。在设计双端键合三段式自拉曼晶体时，中间的掺钕离子自拉曼晶体需根据其激光性能来设计；自拉曼晶体的抽运光输入端键合一段未掺杂的晶体以改善热效应；自拉曼晶体的另一端键合一段较长的未掺杂晶体，作为拉曼增益介质以提高拉曼变频效率。自拉曼晶体两端键合的基质晶体不但可通过热传导帮助自拉曼晶体散热，改善拉曼器件的热效应，而且可与自拉曼晶体一起作为拉曼增益介质，增长了拉曼作用介质的长度，有效提高拉曼变频效率和输出功率，从而降低激光阈值。而且晶体变长后与冷却的热沉相互接触面积增大，改善了晶体的冷却效果。热透镜效应的改善，又可降低对基波和拉曼光的衍射损耗，从而提高激光光束质量。2011年，本课题组将该三段式键合晶体应用于自拉曼倍频，实现了高效的588nm黄光输出[19]。2010年Du等[32]基于键合的Nd…YVO4晶体，在25 W抽运功率和90kHz重复频率下，获得了平均输出功率为3.1 W和转换效率为12.4%的1176nm激光输出。同年Fan等[33]报道了基于YVO4/Nd…YVO4/YVO4三段式键合的连续波拉曼，有效改善了热效应并降低了阈值，在25.5W的抽运功率下实现了2.8W输出功率和11%转换效率的1175nm激光输出。2019年，Chen等[34]报道了基于c切键合Nd…YVO4晶体的Cr4+…YAG被动调Q拉曼，在20.6 W的抽运功率下，实现了2.53 W输出功率和12.3%转换效率的1178nm激光输出。3.3 二阶Stokes激光的研究进展
目前针对钒酸盐晶体拉曼腔内混频用到的常见二阶非线性光学晶体主要有LBO、BBO和KTP三种，相位匹配方式主要包括温度匹配和角度匹配。表4给出了利用SNLO软件对各个晶体的相位匹配参数进行计算的结果。针对混频实现单个波长的输出，不同晶体各有优缺点。利用温度调节的LBO和角度调节的BBO晶体可能输出尽量多波长的可见激光。BBO晶体在近红外波段的选择性混频相位匹配的容忍温度大，对温度不敏感，而对角度比较敏感，利用适合采用角度调节的临界相位匹配技术进行拉曼选择性混频。LBO晶体角度调节的临界相位匹配需要改变的角度较大，对温度较为敏感，适合温度调节的LBO晶体非临界相位匹配技术具有没有走离角、可通过增加晶体长度来提高转换效率的优点，但需要实现对LBO晶体在很大的范围（如-1～149℃）的温度调节，这不但对温控设备提出了挑战，而且存在温度切换直到稳定下来的速度比较慢的问题。相较于温度调节的非临界相位匹配技术，BBO晶体临界相位匹配技术虽然存在较大走离角，影响了转化效率，但其只需微调晶体角度2.5°以内即可输出5个不同波长的激光，切换起来更加方便快捷。同时BBO晶体的有效非线性光学系数（2.0pm/V）较大，比LBO晶体（0.84pm/V）高出一倍以上，可在一定程度上弥补走离角的不足。所以实验室以BBO晶体为主开展相关研究。5.2 连续波拉曼混频波长可选激光
【参考文献】：
期刊论文
[1]1318nm ZnWO4/Nd…YAG二阶拉曼激光器[J]. 任席奎,谢建,阮双琛,裴继红,王欣,于浩海,张怀金,吕启涛,郭丽,曹洪涛,谢圣君,高云峰,何柏林,杜晨林. 光学学报. 2020(05)
[2]基于楔形Nd:YVO4/KTP双折射滤波的单频绿光激光器[J]. 高志红,张文喜,郭晓丽,赵亚帅,伍洲,颜博霞,亓岩,冯其波. 中国激光. 2020(03)
[3]级联Nd:GdVO4自拉曼1309nm激光性能研究[J]. 张喜梅,陈思梦,施沈城,周青青,段延敏,朱海永. 红外与激光工程. 2019(11)
[4]First-Stokes Wavelengths at 1175.8 and 1177.1 nm Generated in a Diode End-Pumped Nd:YVO4/LuVO4 Raman Laser[J]. 周青青,施沈城,陈思梦,段延敏,张喜梅,郭锦,赵斌,朱海永. Chinese Physics Letters. 2019(01)
[5]Nd:YVO4/Nd:GdVO4组合晶体双频激光器实验研究[J]. 金涛,胡淼,李鹏,范红丹,韩宁,冯冰,欧军,周雪芳,杨国伟,卢旸,毕美华. 激光与光电子学进展. 2018(09)
[6]主动调Q内腔式Nd…YAG/m-LaVO4拉曼激光器[J]. 白如雪,林海枫,张莉珍,陈玮冬,林州斌,张戈. 中国激光. 2018(09)
[7]Multiwavelength visible laser based on the stimulated Raman scattering effect and beta barium borate angle tuning[J]. 李小丽. Chinese Optics Letters. 2016(02)
[8]Diode-Pumped c-Cut Nd:Lu0.99La0.01VO4 Self-Stimulated Raman Laser at 1181 nm[J]. 蔡微洋,段延敏,李江涛,严林菲,毛梦姣,赵斌,朱海永. Chinese Physics Letters. 2015 (03)
[9]半导体激光端面抽运Nd:YVO4自拉曼和频559nm激光[J]. 段延敏,朱海永,凤正荣,张耀举,郑崇伟. 中国激光. 2013(05)
[10]全固态多波长激光眼底病治疗设备[J]. 刘文陆,周传清,任秋实. 中国医疗器械杂志. 2012(05)
博士论文
[1]Nd：LuVO4晶体特性及其全固态激光器研究[D]. 刘凤芹.山东大学 2007
硕士论文
[1]拉曼倍频黄光激光器的研究[D]. 刘波.山东大学 2007
本文编号：3335877
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