摘要
近红外0.7-3μm和中红外的3-5μm激光在遥感监测、雷达测控、医学分析、军事打击等方面具有十分广泛的应用潜力。其中，处于近红外的1.5μm波段激光，不仅是人眼安全波段的激光，而且这个波段也是光纤传输的低损耗窗口，因此，被普遍应用于人眼安全测距和长距离信息传输等领域。尤其是在量子信息研究中，为了产生可用于量子信息传输的1.5μm压缩态和纠缠态光场，不仅需要高质量、低噪声的1.5μm激光作为种子光和探测时的本底光，而且需要用到种子源的倍频光775nm激光作为OPA的泵浦光，因此，急需研究和发展单频连续波1550nm/775nm双波长激光器。基于周期极化晶体的光参量振荡器结合高效的腔内倍频技术为实现单频连续波1550nm/775nm双波长激光器提供了重要的技术手段。为了获得高质量的近红外到中红外的激光输出，我们开展了如下工作： 1、以三波耦合波方程为基础，对准相位匹配过程中光参量过程和倍频过程的转化效率及阈值进行了理论计算，优化设计了光参量振荡器谐振腔的参数；在保证入射光具有最佳非线性转化条件前提下，分析了光参量晶体和倍频晶体的热透镜效应及其对谐振腔的影响，根据理论计算设计了基于MgO:PPLN晶体和PPKTP晶体的双腰斑四镜环形腔结构，MgO:PPLN晶体和PPKTP晶体处腰斑大小仅为70μm和52μm，整体腔长仅为406mm，该结构不仅满足了光学参量振荡过程的要求，而且可以实现高效稳定的腔内倍频，从而大大提高了红外到中红外的激光输出功率。 2、实验中首先将MgO:PPLN晶体放入谐振腔内，将MgO:PPLN晶体温度控制在51℃，此时信号光输出波长为1550nm，通过优化SRO谐振腔的输出耦合，在泵浦功率为21W时，获得了4.1W的信号光和2.1W的闲频光输出，1550nm激光的光束质量优于1.05，功率稳定性优于2.5%。随后将倍频晶体PPKTP放入第二个腰斑处，并重新优化腔型结构，最终实现了从近红外到中红外的倍频光、信号光和闲频光三波长高功率单频连续波激光输出，信号光、倍频光及闲频光最大输出功率分别达到了2.1W、1.1W和1.7W，总的光光转化效率达23.3%，光束质量均优于1.13，三波长功率稳定性(RMS)均优于2.5%。该单频连续波激光器可广泛应用于量子光学以及量子技术的研究中。尤其是同时产生的信号光和倍频光可以分别作为种子光和泵浦光同时注入到新的OPO中直接产生1550nm压缩态光场，为进一步制备多组份纠缠态光场奠定基础。
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