近年来,基于非线性频率变换的全固态激光技术发展迅速。准位相匹配(QPM)技术是非线性光学频率变换领域中的一个重要部分,因其转换效率高、设计灵活等特点受到了广泛的关注。本论文在研究光学超晶格材料极化技术的基础上,以不同结构的超晶格材料作为非线性频率变换器件,结合全固态激光技术,成功研制出小型化的黄光和红、绿、蓝三基色激光器。此外,我们还研究了钽酸锂晶体和周期极化钽酸锂超晶格中的飞秒超连续光谱。本论文主要包括以下几个方面的内容：1、介绍了制备介电体超晶格的室温极化技术,并在此基础上设计了微机采集控制辅助极化系统。结果表明,这一辅助极化技术的采用可制备优于传统极化技术的高质量光学超晶格。2、搭建了一台激光二极管(LD)侧泵、三镜腔的1064nm和1319nm双共振的调Q.Nd:YAG激光器,并用双波长激光器作为泵浦源,以周期极化钽酸锂超晶格为变频晶体,通过和频获得了506mW的589nm黄光输出。3、利用设计准晶的广义双格子(General Dual Grid Method,GDGM)方法,设计并制备了二维准周期钽酸锂超晶格。这一二维准晶结构可以同时实现三个非线性过程：一个共线的光参量产生过程(OPG)级联两个非共线的倍频过程(SHG)。实验中使用532nm绿光作为泵浦光,通过温度调谐,在单通方式下获得了两套不同波长的红蓝光,加上剩余的泵浦绿光,实现了自动分光的红绿蓝三基色激光输出。4、基于光参量振荡级联和频这一非线性光学过程,使用级联周期和公度比双周期两种结构的光学超晶格作为变频晶体,两套方案均获得了功率为2W的红绿蓝三基色激光输出。第一套方案：以532nm绿光为泵浦光源,使用1mm厚、40mm长的级联周期结构近化学计量比钽酸锂超晶格为变频晶体,并采取红外光(闲置光)参量共振的方法获得了2W红绿蓝三基色激光,从泵浦光到三基色光的转换效率为36%,亮度为61Olm。第二套方案：以532nm绿光为泵浦光源,公度比双周期结构的钽酸锂光学超晶格为变频晶体,利用红外光参量振荡的方法获得2W红绿蓝激光,相对于泵浦光的转换效率为48%,亮度为7701m。5、研究了钽酸锂晶体和周期极化钽酸锂超晶格中的Cerenkov辐射形式的飞秒超连续光产生。当一束800nm的飞秒脉冲激光入射到钽酸锂晶体上时,由于高强度激光与非线性晶体相互作用出现自陷的光丝(filament),产生了飞秒超连续光,光谱的展宽范围为490-970nm,同时观测到超连续光是以锥形角的形式进行辐射,我们采用Cerenkov辐射理论解释了这种现象。使用周期极化钽酸锂超晶格作为非线性晶体同时获得了泵浦光的倍频和飞秒超连续光,使光谱得到了进一步展宽。展宽范围为380-950nm,其中380-440nm为泵浦光的倍频,500-970nm为超连续光。
