双10瓦级相位关联单频连续波1 064/532nm双波长激光器
发布时间：2021-11-16 13:28
本文采用包含有非线性晶体的四镜8字环形谐振腔结构,通过选取输出耦合镜的透射率和分析铽镓石榴石（TGG）晶体热透镜效应的影响,实现了输出功率达双10瓦级具有相位关联特性的单频连续波1 064/532nm双波长激光器。实验中通过采用透射率为4%的输出耦合镜和长度为20 mm的三硼酸锂（LBO）晶体,实现了输出功率分别为11.30 W和11.23 W的1 064/532nm双波长激光输出,线宽分别为165kHz和330kHz,对应的长期功率稳定性在3小时内分别优于±0.68%和±0.56%,光束质量因子M2均小于1.1。该种具有相位关联特性的双波长激光器可以用来制备稳定的双色光阱和泵浦多个光学参量（OPO）实现多组份纠缠态光场的产生。
【文章来源】：量子光学学报. 2017,23(03)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图２输出耦合镜透射率随泵浦功率的变化Ｆｉｇ．２Ｏｕｔｐｕｔｃｏｕｐｌｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ（ｔ）
ｔ与泵浦功率Ｐｉｎ之间的变化关系，如图２所示。从图２中可以看出，在非线性转化因子一定的情况下，随着泵浦功率的增大，输出耦合镜的透射率也必须相应增大，才能保证基频光和倍频光的输出功率相当。当注入谐振腔的泵浦功率为７４Ｗ左右时，对应的具有相位关联特性的等功率双波长激光器的输出耦合镜的透射率应该在３．７％左右进行选择。Ｆｉｇ．３Ｏｕｔｐｕｔｃｏｕｐｌｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｔｖｅｒｓｕｓｔｈｅｆａｃｔｏｒｏｆｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ．图３输出耦合镜透射率ｔ随非线性转化因子的变化同时，当泵浦功率一定时，利用公式（４）我们也可以分析输出耦合镜的透射率ｔ与非线性转化因子之间的关系，如图３所示。同样，在泵浦功率一定的条件下，输出耦合镜的透射率随着非线性转化因子的增大而增大。当所选取的非线性晶体的温度处于最佳相位匹配温度时，我们可以确定输出耦合镜的透射率。另外，激光器在高功率泵浦条件下，除了增益晶体具有严重的热透镜效应外，组成光学单向器的ＴＧＧ晶体对基频光的吸收同样会产生严重的热透镜效应［６］，其将会和增益晶体的热透镜效应一起影响着激光器的输出功率和运转稳定性。然而，在实验中我们发现，通过增大输出耦合镜的透射率，可有效减缓ＴＧＧ晶体的热透镜效应，进而减缓其对激光器运转效率和稳定性的影响。ＴＧＧ晶体的热透镜焦距可以表示为：ｆ＝Ｋｃω２Ｔγω２Ｉｄｎｄｔ１１－ｅｘｐ（１－αｌ）（５）其中，ＫＣ为ＴＧＧ晶体的热传导系数，ｄｎｄｔ为ＴＧＧ·２９２·量子光学学报２３
Ｆｉｇ．４ＴｈｅｒｍａｌｆｏｃａｌｌｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅＴＧＧｃｒｙｓｔａｌｖｅｒｓｕｓｔｈｅｏｕｔｐｕｔｃｏｕｐｌｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ．图４ＴＧＧ晶体的特透镜焦距随输出耦合镜的透射率的变化。晶体的热光系数，γ为ＴＧＧ晶体的热转化系数，ω和ωＴ为基频光在增益晶体和ＴＧＧ晶体处的束腰半径，α为ＴＧＧ晶体对腔内基频光的吸收系数，ｌ为ＴＧＧ晶体的长度。依据文献［６］可知，ωＴω的比值近似为１，通过将激光器的参数和ＴＧＧ晶体的参数（ＫＣ＝７．４Ｗｍ－１·Ｋ－１，ｄｎｄｔ＝２０×１０－６Ｋ－１，α＝０．００３ｃｍ－１，ｌ＝８ｍｍ，γ＝１）代入公式（５）可以清楚的看到输出耦合镜的透射率对ＴＧＧ晶体热效应的影响，如图４所示。从图４中可以清楚地看出，当输出耦合镜的透射率由０～１２％变化时，ＴＧＧ晶体的热透镜焦距由３００ｍｍ变化为６５１ｍｍ。也就是说，增加输出耦合镜的透射率，可有效减缓ＴＧＧ晶体的热透镜效应。当我们选取输出耦合镜的透射率为４％时，ＴＧＧ晶体的热透镜焦距为４２７ｍｍ。３实验过程及结果分析基于以上分析，实验中选取输出耦合镜的透射率为４％（Ｔ１０６４ｎｍ＝４％；Ｔ５３２ｎｍ＞９５％），非线性晶体ＬＢＯ的长度为２０ｍｍ。当非线性晶体的温度处于最佳相位匹配温度１４９．０℃时，记录了１０６４（ａ）／５３２ｎｍ（ｂ）激光器的输出功率随泵浦功率的变化趋势，由图５可以看出该双波长激光器的泵浦阈值为３０Ｗ，在注入泵浦功率为７４Ｗ
【参考文献】：
期刊论文
[1]Self-calibrated global rainbow refractometry:a dual-wavelength approach[J]. 吴学成,姜淏予,操凯霖,吴迎春,李灿,Gérard Gréhan,Sawitree Saengkaew,岑可法. Chinese Optics Letters. 2017(04)
[2]High-average-power, high-repetition-rate tunable terahertz difference frequency generation with GaSe crystal pumped by 2 μm dual-wavelength intracavity KTP optical parametric oscillator[J]. DEXIAN YAN,YUYE WANG,DEGANG XU,PENGXIANG LIU,CHAO YAN,JIA SHI,HONGXIANG LIU,YIXIN HE,LONGHUANG TANG,JIANCHEN FENG,JIANQIN GUO,WEI SHI,KAI ZHONG,YUEN H.TSANG,JIANQUAN YAO. Photonics Research. 2017(02)
[3]Intra-cavity round-trip loss measurement of all-solid-state single-frequency laser by introducing extra nonlinear loss[J]. 郭永瑞,卢华东,尹祺巍,苏静. Chinese Optics Letters. 2017(02)
[4]Stable dual-wavelength erbium-doped fiber laser using novel fabricated side-polished arc-shaped fiber with deposited ZnO nanoparticles[J]. H.Ahmad,I.S.Amiri,A.Z.Zulkifli,H.Hassan,R.Safaei,K.Thambiratnam. Chinese Optics Letters. 2017(01)
[5]操控非线性损耗实现稳定的高功率单频激光及可调谐激光的输出[J]. 卢华东,彭堃墀. 量子光学学报. 2015(02)
[6]玻色-费米气体量子简并光学偶极阱的设计[J]. 柴世杰,王鹏军,付正坤,黄良辉,张靖. 量子光学学报. 2012(02)
[7]高效LD侧面泵浦腔外倍频绿光激光器[J]. 伊肖静,杨超,陈檬,李港. 量子光学学报. 2012(02)
[8]具有经典相干性的两组EPR纠缠态光场的实验产生[J]. 贾晓军,苏晓龙,潘庆,谢常德,彭墀. 量子光学学报. 2004(S1)
本文编号：3498982
【文章来源】：量子光学学报. 2017,23(03)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图２输出耦合镜透射率随泵浦功率的变化Ｆｉｇ．２Ｏｕｔｐｕｔｃｏｕｐｌｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ（ｔ）
ｔ与泵浦功率Ｐｉｎ之间的变化关系，如图２所示。从图２中可以看出，在非线性转化因子一定的情况下，随着泵浦功率的增大，输出耦合镜的透射率也必须相应增大，才能保证基频光和倍频光的输出功率相当。当注入谐振腔的泵浦功率为７４Ｗ左右时，对应的具有相位关联特性的等功率双波长激光器的输出耦合镜的透射率应该在３．７％左右进行选择。Ｆｉｇ．３Ｏｕｔｐｕｔｃｏｕｐｌｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｔｖｅｒｓｕｓｔｈｅｆａｃｔｏｒｏｆｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ．图３输出耦合镜透射率ｔ随非线性转化因子的变化同时，当泵浦功率一定时，利用公式（４）我们也可以分析输出耦合镜的透射率ｔ与非线性转化因子之间的关系，如图３所示。同样，在泵浦功率一定的条件下，输出耦合镜的透射率随着非线性转化因子的增大而增大。当所选取的非线性晶体的温度处于最佳相位匹配温度时，我们可以确定输出耦合镜的透射率。另外，激光器在高功率泵浦条件下，除了增益晶体具有严重的热透镜效应外，组成光学单向器的ＴＧＧ晶体对基频光的吸收同样会产生严重的热透镜效应［６］，其将会和增益晶体的热透镜效应一起影响着激光器的输出功率和运转稳定性。然而，在实验中我们发现，通过增大输出耦合镜的透射率，可有效减缓ＴＧＧ晶体的热透镜效应，进而减缓其对激光器运转效率和稳定性的影响。ＴＧＧ晶体的热透镜焦距可以表示为：ｆ＝Ｋｃω２Ｔγω２Ｉｄｎｄｔ１１－ｅｘｐ（１－αｌ）（５）其中，ＫＣ为ＴＧＧ晶体的热传导系数，ｄｎｄｔ为ＴＧＧ·２９２·量子光学学报２３
Ｆｉｇ．４ＴｈｅｒｍａｌｆｏｃａｌｌｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅＴＧＧｃｒｙｓｔａｌｖｅｒｓｕｓｔｈｅｏｕｔｐｕｔｃｏｕｐｌｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ．图４ＴＧＧ晶体的特透镜焦距随输出耦合镜的透射率的变化。晶体的热光系数，γ为ＴＧＧ晶体的热转化系数，ω和ωＴ为基频光在增益晶体和ＴＧＧ晶体处的束腰半径，α为ＴＧＧ晶体对腔内基频光的吸收系数，ｌ为ＴＧＧ晶体的长度。依据文献［６］可知，ωＴω的比值近似为１，通过将激光器的参数和ＴＧＧ晶体的参数（ＫＣ＝７．４Ｗｍ－１·Ｋ－１，ｄｎｄｔ＝２０×１０－６Ｋ－１，α＝０．００３ｃｍ－１，ｌ＝８ｍｍ，γ＝１）代入公式（５）可以清楚的看到输出耦合镜的透射率对ＴＧＧ晶体热效应的影响，如图４所示。从图４中可以清楚地看出，当输出耦合镜的透射率由０～１２％变化时，ＴＧＧ晶体的热透镜焦距由３００ｍｍ变化为６５１ｍｍ。也就是说，增加输出耦合镜的透射率，可有效减缓ＴＧＧ晶体的热透镜效应。当我们选取输出耦合镜的透射率为４％时，ＴＧＧ晶体的热透镜焦距为４２７ｍｍ。３实验过程及结果分析基于以上分析，实验中选取输出耦合镜的透射率为４％（Ｔ１０６４ｎｍ＝４％；Ｔ５３２ｎｍ＞９５％），非线性晶体ＬＢＯ的长度为２０ｍｍ。当非线性晶体的温度处于最佳相位匹配温度１４９．０℃时，记录了１０６４（ａ）／５３２ｎｍ（ｂ）激光器的输出功率随泵浦功率的变化趋势，由图５可以看出该双波长激光器的泵浦阈值为３０Ｗ，在注入泵浦功率为７４Ｗ
【参考文献】：
期刊论文
[1]Self-calibrated global rainbow refractometry:a dual-wavelength approach[J]. 吴学成,姜淏予,操凯霖,吴迎春,李灿,Gérard Gréhan,Sawitree Saengkaew,岑可法. Chinese Optics Letters. 2017(04)
[2]High-average-power, high-repetition-rate tunable terahertz difference frequency generation with GaSe crystal pumped by 2 μm dual-wavelength intracavity KTP optical parametric oscillator[J]. DEXIAN YAN,YUYE WANG,DEGANG XU,PENGXIANG LIU,CHAO YAN,JIA SHI,HONGXIANG LIU,YIXIN HE,LONGHUANG TANG,JIANCHEN FENG,JIANQIN GUO,WEI SHI,KAI ZHONG,YUEN H.TSANG,JIANQUAN YAO. Photonics Research. 2017(02)
[3]Intra-cavity round-trip loss measurement of all-solid-state single-frequency laser by introducing extra nonlinear loss[J]. 郭永瑞,卢华东,尹祺巍,苏静. Chinese Optics Letters. 2017(02)
[4]Stable dual-wavelength erbium-doped fiber laser using novel fabricated side-polished arc-shaped fiber with deposited ZnO nanoparticles[J]. H.Ahmad,I.S.Amiri,A.Z.Zulkifli,H.Hassan,R.Safaei,K.Thambiratnam. Chinese Optics Letters. 2017(01)
[5]操控非线性损耗实现稳定的高功率单频激光及可调谐激光的输出[J]. 卢华东,彭堃墀. 量子光学学报. 2015(02)
[6]玻色-费米气体量子简并光学偶极阱的设计[J]. 柴世杰,王鹏军,付正坤,黄良辉,张靖. 量子光学学报. 2012(02)
[7]高效LD侧面泵浦腔外倍频绿光激光器[J]. 伊肖静,杨超,陈檬,李港. 量子光学学报. 2012(02)
[8]具有经典相干性的两组EPR纠缠态光场的实验产生[J]. 贾晓军,苏晓龙,潘庆,谢常德,彭墀. 量子光学学报. 2004(S1)
本文编号：3498982
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