基于准位相匹配技术(QPM)的非线性频率变换全固态激光器是激光领域的热门研究课题之一,由于其结构紧凑、输出稳定、效率高、寿命长等诸多优点,近年来得到了广泛的关注和长足的发展。准位相匹配技术(QPM)发展多年,在非线性频率变换领域的作用举足轻重。最新研究发现利用腔长仅为相干长度的光学微腔也可以用来补偿非线性频率变换过程中的位相失配,这就是所谓的腔位相匹配(CPM)。本论文中,采用不同的相位匹配方式构建了多种不同功能的激光器,例如皮秒锁模激光器、中红外激光器和片状微腔振荡器等。主要内容包括：1、介绍了位相匹配的原理及其发展过程,包括准相位匹配(QPM),多重准位相匹配(MQPM)和腔相位匹配(CPM)。针对不同位相匹配方式的相关特性,讨论了其对应的潜在应用。2、利用周期极化的非线性晶体与二向色镜组成的非线性镜(NLM),成功搭建了1064mm和1342nm锁模激光器。脉冲宽度和重复频率约为10ps和100MHz。激光器连续(CW)锁模的阈值均低于2W,远低于使用饱和吸收体作为被动锁模元件时实现CW锁模的闽值。3、研制了高转换效率的中红外激光器,通过光参量放大(OPA)辅助光参量振荡(OPO)过程,实现了效率明显增强的中红外输出。实验中我们首次使用一块公度比双周期光学超晶格,实现了OPA辅助的OPO过程。OPO过程产生的信号光作为OPA过程的抽运光,用于放大第一个OPO产生的闲置光。实验测得光光转换效率和斜率效率分别为17.8%和23.8%。较单个OPO过程而言,OPO-OPA过程无论从转换效率还是斜率效率都有了较大提高,分别增强了58.9%和67.6%。同时我们利用级联周期结构光学超晶格也实现了该OPO-OPA过程,光光转换效率达21.4%(斜率效率24%),最高输出功率为635mW。4、腔相位匹配(CPM)是一种有效的产生非线性频率变换的方法,基于CPM原理,利用厚度仅为相干长度的掺氧化镁铌酸锂(MgO:LN)晶片,制成I类CPM的片状光参量振荡器(SOPO)。实验中可产生可调谐的单纵模(SLM)双光束,波长调谐范围覆盖铯原子D2线(852.1nm)和光通信扩展频段。SOPO的峰值输出功率58kW,相应转换效率为18.5%。该器件在光与原子的相互作用,光谱学,光通信和量子光学等领域具有广泛的应用前景。
