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双波长被动调Q拉曼微片激光器获得新进展
材料来源:激光行业观察           录入时间:2022/3/31 10:27:17

创新点:厦门大学董俊教授课题组激光与应用光子学实验室通过控制a-切割YVO 4 晶体的晶向以及入射泵浦功率的大小,在Nd:YAG/Cr 4+ :YAG/YVO 4 被动调Q拉曼微片激光器中获得了1166 nm和1176 nm功率强度比例及偏振椭圆度可调控的高峰值功率双波长拉曼激光输出。

图1. 被动调Q拉曼微片激光器中YVO 4 晶体不同旋转角度ϕ所对应的光谱图:(a) ϕ = 0°,1166 nm拉曼光振荡;(b) ϕ = 30°,(c) ϕ = 45°,(d) ϕ = 60°,1166 nm和1176 nm双波长拉曼光同时振荡;€ ϕ = 90°,1176 nm拉曼光振荡。基频光在所有情况下均有振荡。

图2. 当入射泵浦功率为5 W时,被动调Q拉曼微片激光器产生的1166 nm和1176 nm拉曼光强度占比与角度ϕ的关系。蓝线和红线分别对应1166 nm和1176 nm拉曼激光强度占比随ϕ变化的拟合曲线。

图3. 在不同入射泵浦功率(a:Pin= 2.5 W,c:Pin= 5 W)下,三种典型a-切割YVO 4 晶体旋转角度所产生的拉曼激光经过线偏振片后的归一化透射功率强度,实线为拟合曲线;b,d分别对应a和c,重建了a-切割YVO 4 晶体在不同旋转角度下的椭圆偏振拉曼激光的偏振轨迹。

图4. 在两种Pin情况下,椭圆偏振拉曼激光偏振度随角度ϕ的变化。两条实线为使用正弦平方函数对实验数据进行的拟合得到的拟合曲线。

图5. 当入射泵浦功率为5 W时,a:拉曼激光脉冲序列;b:拉曼激光脉冲与残余基频光脉冲波形。

椭圆偏振的双波长激光在材料科学、光学检测、光学分析、太赫兹波的产生等领域具有潜在的应用前景。特别是具有小频率间隔的高峰值功率双波长激光是产生太赫兹波的理想光源。灵活操控椭圆偏振激光的椭圆度及方位角,在分子捕获、生物医学等领域也有着广泛应用。然而,现有的拉曼激光器对于输出双波长拉曼光的强度占比以及偏振态的控制方面难以实现灵活操控和转换。因此,研制一种能够产生高峰值功率的双波长激光输出,并且能灵活控制输出激光的椭圆偏振态以及两个波长之间的功率强度比例的激光器,是实现有效的太赫兹波产生、高精度光学检测及微粒操控的一大需求。

厦门大学董俊教授课题组激光与应用光子学实验室针对这一问题,通过调节a-切割YVO 4 晶体取向和泵浦光功率,在被动调Q拉曼微片激光器中实现了对双波长拉曼激光的强度占比、椭圆偏振态的灵活调控。利用808 nm激光二极管泵浦Nd:YAG/Cr 4+ :YAG/YVO 4 被动调Q拉曼微片激光器,通过旋转a-切割YVO 4 晶体,研究了双波长拉曼激光强度占比和椭圆偏振与a-切割YVO 4 晶体取向的关系,获得了高峰值功率、功率强度比例及偏振椭圆度可调控的双波长拉曼激光输出。相关结果发表在 Advanced Quantum Technologies 上。

研究人员通过搭建Nd:YAG/Cr 4+ :YAG/YVO 4 被动调Q拉曼微片激光器,利用YVO 4 晶体的两个拉曼频移(816 cm -1 和890 cm -1 )实现了1166 nm和1176 nm的双波长拉曼激光输出(图1)。通过改变腔内椭圆偏振基频光的长轴方向与a-切割YVO 4 晶体的a-轴之间的角度,可以灵活调节1166 nm及1176 nm拉曼光的功率强度占比,可以将1166 nm拉曼光的强度在总拉曼光的强度中的占比从1调整至0,相应地也可以将1176 nm拉曼光的强度在总拉曼光的强度中的占比从0调整至1(图2)。椭圆偏振双波长拉曼激光的椭圆度及方位角也可以通过改变入射泵浦功率以及a-切割YVO 4 晶体取向来灵活调节(图3)。通过调节入射泵浦光功率的大小以及a-切割YVO 4 晶体的旋转角度,可以实现椭圆度的变化范围为0.3至0.91(图4)。当入射泵浦功率达到5 W时,获得拉曼激光的最大平均输出功率为138 mW,此时,激光脉冲的峰值功率为6.4 kW、脉宽为1.5 ns、拉曼脉冲重复频率为14.3 kHz(图5)。研究结果表明,通过调控a-切割YVO 4 晶体的取向以及入射泵浦光功率可以在Nd:YAG/Cr 4+ :YAG/YVO 4 被动调Q拉曼微片激光器中获得功率强度占比及椭圆偏振态可控的高峰值功率双波长拉曼激光输出。本论文的研究成果为研制小型化被动调Q拉曼微片激光器产生功率强度占比及椭圆偏振度可控的高峰值功率双波长拉曼激光输出提供了一种简洁和灵活的方法。

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