PPLN晶体最普遍的用途之一是光参量振荡器（OPO），也是用于倍频的最有效晶体之一。
高功率780nm激光冷却和操纵Rb原子
对Rb原子的操纵通常使用基于二极管的激光系统，产生几百毫瓦可用的780nm功率。然而，许多原子光学应用倾向于在保持窄线宽和高空间光束质量的同时提供更高的激光功率。一种方法是将 1560nm 光纤激光器倍频，以提供数十瓦的光功率。
Covesion MgO:ppln 晶体已被用于1560nm CW倍频系统中，在 780nm 处产生高达 11W 的功率 [1]。此外，使用两个级联 MgO:PPLN 晶体的准连续波倍频，在 780nm 处实现了 43W 的峰值功率，转换效率为 66% [2]。下面将讨论有关实验装置、倍频晶体和产生这些结果的聚焦条件的详细信息。
这些基于 MgO:PPLN 的激光系统已被用于多种应用，包括超过 54 厘米的量子叠加演示 [3]、精密重力计 [4]、用于 BEC 的双物种原子干涉仪 [5] 和新的一种同时测量重力和磁场梯度的高精度传感器 [6]。
11W 780nm单次通过倍频系统
ANU 的 Quantum Sensors 和 atom laser Group 展示了 11.4W 窄线宽激光源 [1]。 Sané 等人在单程倍频方案中使用 30W 1560nm 光纤激光器，得到了 6kHz 线宽 780nm 激光，倍频效率为 36%。这对应于 0.3%/Wcm 的效率（在低增益系统中，通常可以达到 0.6%/W/cm），晶体的最大输入强度为 500kW/cm2。该系统运行了 2200 多小时，功率没有降低。倍频输出功率如图 1 所示，插图显示了 780nm 光的空间模式。经测量，780nm光源在 100ms内具有 6 kHz 的线宽。
图 1：从 MSHG1550-1.0-40 测得的倍频输出功率
激光系统的光学设置如图 2 所示，有 30W 1560nm 激光器、MgO:PPLN 晶体和用于锁定种子激光的Rb细胞。标准的 MSHG1550-1.0-40 用作倍频晶体，在带有 OC1 温度控制器的 PV40加热炉中加热。使用的晶体参数和聚焦条件为：
周期19.5µm, 温度81.60C
晶体长度40mm, 厚度1mm
1/e2 直径至 50mm焦距镜头 = 1.1 mm
相当于在晶体长度中心计算出的光斑尺寸 45µm（1/e² 半径）
晶体的最大输入强度 500kW/cm²
图 2：11W 倍频激光系统的实验装置
斯坦福大学的 Kasevich 小组已经展示了 43W 的准连续 780nm激光 [2]。 Chiow 等人描述了使用两个 MgO:PPLN 晶体的级联单通道倍频系统。该系统由两个组合的 1560nm 30W 光纤放大器泵浦，通过调整这两个源之间的相对相位，可以控制 780nm 输出的时间分布。组合泵浦功率为 65W，在 780nm 处实现了 43W 的峰值功率，对应的效率为 66%。使用一片晶体可实现 52% 的效率。单片晶体和两个级联晶体的倍频输出峰值功率如图 3 所示。来自 Sané 等人的数据为绿色，是几乎相同的结果。
图 3：从级联 MSHG1550-1.0-40 晶体（红色）测得的输出功率。来自 Sané 等人的数据示为绿色。
激光系统的光学设置如图 4 所示，带有两个光纤放大器 (FA) 和两个级联的 MgO:PPLN 晶体。在 PV40炉子中使用 MSHG1550-1.0-40标准晶体，从中选择 19.2µm 的周期，在 150度的温度下实现相位匹配。50mm 焦距透镜将泵浦光聚焦到 PPLN1，ROC 10cm 的曲面镜 (CM) 准直输出光束，然后用另一个 CM 聚焦到 PPLN2。对来自级联系统的 780nm 空间光束轮廓的分析测得的光束质量为 M2=1.15+/-0.2。
图 4：级联倍频系统的实验设置
相关文献
[1] S. S. Sané et al., “11 W narrow linewidth laser source at 780 nm for laser cooling and manipulation of Rubidium.,” Opt. Express, vol. 20, no. 8, pp. 8915–9, 2012.
[2] S. Chiow et al., “Generation of 43 W of quasi-continuous 780 nm laser light via high-efficiency, single-pass frequency doubling in periodically poLED lithium niobate crystals.,” Opt. Lett., vol. 37, no. 18, pp. 3861–3, 2012.
[3] T. Kovachy et al., “Quantum superposition at the half-metre scale,” Nature, vol. 528, no. 7583, pp. 530–533, 2015.
[4] P. A. Altin et al., “Precision atomic gravimeter based on Bragg diffraction,” New J. Phys., vol. 15, no. 2, p. 23009, 2013.
[5] C. C. N. Kuhn et al., “A Bose-condensed, simultaneous dual-species Mach–Zehnder atom interferometer,” New J. Phys., vol. 16, no. 7, p. 73035, 2014.
[6] K. S. Hardman et al., “Simultaneous Precision Gravimetry and Magnetic Gradiometry with a Bose-Einstein Condensate: A High Precision, Quantum Sensor,” Phys. Rev. Lett., vol. 117, no. 13, p. 138501, 2016
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