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窄譜寬OPO中紅外激光的輸出

發布日期:2019-03-29

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近日,中國科學院合肥物質科學研究院醫學物理與技術中心研究員江海河課題組在寬調諧、窄譜寬中紅外光參量研究方面取得進展。

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3-5μm中紅外激光在大氣環境監測、目標特征探測以及高分辨率光譜學等領域具有廣泛的應用,窄線寬可調諧激光是滿足這類應用的理想光源。光參量振蕩技術(OPO)是實現寬調諧中紅外相干激光輸出的有效技術。但是,在一般情況下,自由振蕩OPO輸出的脈沖中紅外激光的譜寬較寬,一般高達數十納米乃至幾百納米,嚴重限制OPO中紅外光源的廣泛應用。為了壓縮OPO的輸出譜寬,通常采用腔內插入標準具或VBG等選頻元件。但該方法引入了較大的額外損耗,不僅導致OPO振蕩閾值增大,還降低中紅外激光的轉換效率;采用VBG選頻元件還會嚴重限制OPO的波長調諧范圍。因此,寬調諧、窄譜寬高效OPO激光已成為中紅外激光技術研究的熱點。

據此,江海河課題組首先通過單縱模脈沖光纖激光器泵浦PPMgLN-OPO,獲取了高效率的中紅外激光輸出;將標準具設計作為OPO的腔鏡,有效地對振蕩信號光的增益譜寬進行調制和控制;同時,采用種子自注入技術和雙固體標準具耦合腔,使振蕩信號光微弱邊帶得到了進行進一步抑制,實現了窄譜寬的信號光振蕩,并與腔內的單縱模泵浦光進行有效的相互作用,獲得了窄譜寬OPO中紅外激光的輸出。

在本實驗研究結果中,閑頻光的譜寬壓窄至0.36nm,相對于自由振蕩譜寬抑制比改善了約2個數量級,同時其波長調諧范圍達到200nm,其最大輸出功率為2.6W,對應光光轉換效率為17.4%,成為該波段窄線寬最有效的技術方法。該研究中采用的準相位匹配技術的周期極化晶體MgO:PPLN具有高增益、寬調諧等優點,泵浦源1μm光纖激光器具有高穩定性和緊湊性,研制的OPO中紅外激光輸出具有高峰值功率、低閾值,為寬調諧、窄譜寬高效OPO中紅外激光應用奠定了基礎。

相關研究成果發表在光學期刊Optics Express上。該研究得到了國家自然科學基金、中科院戰略性先導科技專項等項目的資助。