非线性损耗对单频钛宝石激光器调谐特性影响的研究

The single-frequency and continuous frequency-tuning Ti:sapphire (Ti:S) lasers with the output power over 1 W are necessary resources for atom cooling researches. We firstly design an astigmatism-compensated Ti:S laser resonator and obtain a single-frequency Ti:S laser with output power over 1 W by optimizing the parameters of the cavity. Then, a Brewster-cut nonlinear crystal (NL) is inserted into the cavity, which will introduce the nonlinear losses because of the second-harmonic generation (SHG). The SHG introduce a nonlinear loss that is less for the lasing mode than the other non-lasing modes. So, when we scan the pizeoelectric transducers adhered to the cavity mirrors, the frequency of the Ti:S laser can be continuous tuned without mode-hoopping. Lastly, a single-frequency Ti:S laser with continuous frequency tuning range of more than 30 GHz and output power over 1 W is achieved.

在冷原子物理的研究中，具有频率连续调谐的瓦级钛宝石激光器是实现原子冷却的基本资源和必要保证。本项目首先设计一种像散补偿环形谐振腔，希望通过优化激光器的相关参数，获得转化效率较高的瓦级钛宝石激光器；然后在谐振腔内插入布氏角切割的非线性晶体，利用非线性晶体引入的非线性损耗实现钛宝石激光器的频率连续调谐。最终获得输出功率为瓦级，频率连续调谐范围超过30GHz的无调制锁定的全固态连续单频钛宝石激光器。

全固态单频连续波可调谐钛宝石激光器因其具有频率连续可调谐、高功率、高光束质量以及低强度噪声输出等优点已经成为量子光学、原子物理等研究领域重要的光源。. 本项目围绕全固态连续单频可调谐钛宝石激光器的研制，开展了相关研究工作，并取得以下研究成果。首先，进行了作为连续可调谐钛宝石激光器泵浦源的高质量高功率低噪声单频连续波全固态绿光激光器的设计和研制，研制出输出功率大于30W的单频连续波532nm激光器样机，该激光器是目前国际上同类激光器的最高指标。其次，进行了连续可调谐单频钛宝石激光器的的研究工作。通过设计钛宝石激光器谐振腔，以及在谐振腔内引入非线性损耗实现了钛宝石激光器的频率连续调谐，连续调谐能力高达48GHz，输出功率为1.27W；在研究的基础上，制作了激光器样机并作为压缩源的泵浦源提供给了华东师范大学使用。第三，在上述研究工作的基础上，项目组进一步开发了系列宽调谐的连续可调谐钛宝石激光器。研制了基于机械式调制锁定标准具的连续可调谐钛宝石激光器，调谐范围可达55nm（760-825nm），连续调谐能力达15.3GHz。研制了基于锁定电光标准具的连续可调谐钛宝石激光器，调谐范围可达110nm（760-870nm），连续调谐能力达20GHz。研制了自注入锁定连续可调谐钛宝石激光器，调谐范围可达120nm（750-870nm），连续调谐能力达40.75GHz。第四，项目组利用频率变换技术将激光钛宝石激光器的输出波段扩展到紫外区域。利用内腔倍频技术，研制了连续单频397.5nm、455.5nm以及461nm内腔倍频单频钛宝石激光器。利用外腔倍频技术以及新型材料PPSLT晶体，研制连续单频397.5nm激光器，输出功率可达407mW。. 围绕上述研究工作，共发表学术论文24篇，其中Opt. Lett. 3篇，Opt. Express 6篇、IEEE J. Quantum Electron. 1篇、Appl. Opt. 3篇。获得中国发明专利授权2件、申请中国发明专利8件。培养毕业博士生2名、毕业硕士生1名。