8微米ZGPOPO光束質(zhì)量改善的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、8-12微米波段處于大氣窗口，因此該波段的光源被廣泛應(yīng)用于包括光電對(duì)抗、環(huán)境監(jiān)測(cè)和激光雷達(dá)等涉及大氣傳輸?shù)念I(lǐng)域，而光束質(zhì)量作為傳輸性能和光束聚焦能力的直接體現(xiàn)，對(duì)該波段的光源來說是一個(gè)至關(guān)重要的參數(shù)。8微米磷鍺鋅（ZGP）光學(xué)參量振蕩器（OPO）就是其中一種非常有用的光源，而大能量輸出的ZGP OPO卻普遍存在光束質(zhì)量差的問題，所以本論文旨在對(duì)大能量8微米ZGP OPO的光束質(zhì)量做出研究，力求讓其光束質(zhì)量得到很好的改善。
　　首先

2、，為了滿足8微米ZGP OPO對(duì)泵浦光源的需要，采用大能量高重頻輸出的2.09微米Ho:YAG激光振蕩器作為其泵浦光源。通過熱場(chǎng)理論和速率方程理論計(jì)算分析了該激光器的熱性能和輸出性能，并以此作為初步設(shè)計(jì)Ho:YAG激光器的依據(jù)和進(jìn)一步優(yōu)化的參考。隨后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，通過偏振隔離雙端泵浦的方式解決了輸出功率不高的問題，并通過設(shè)計(jì)腔內(nèi)振蕩光斑以及改變諧振腔結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱透鏡補(bǔ)償?shù)确绞浇鉀Q了大能量脈沖輸出時(shí)的損傷問題，最終得到1kHz重頻下31mJ

3、的脈沖能量輸出，對(duì)應(yīng)的脈沖寬度和光束質(zhì)量M2因子分別為28ns和1.14，已經(jīng)達(dá)到了ZGP OPO對(duì)泵浦源的要求。
　　其次，利用設(shè)計(jì)的2.09微米Ho:YAG激光振蕩器作為泵浦源，對(duì)8微米ZGP OPO的輸出性能和光束質(zhì)量進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。理論上利用OPO運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的動(dòng)量守恒和能量守恒以及其他相關(guān)理論，計(jì)算得到了2.09微米泵浦下，實(shí)現(xiàn)8微米閑頻光輸出對(duì)應(yīng)的信號(hào)光波長為2.829微米，相應(yīng)的Ⅰ類和Ⅱ類相位匹配角分別

4、為51.39°和65.12°，并對(duì)泵浦閾值、轉(zhuǎn)換效率、接受線寬和接受角進(jìn)行了相應(yīng)的計(jì)算，Ⅰ類和Ⅱ類ZGP對(duì)應(yīng)的接受角分別為3.93mrad和6.76mrad。實(shí)驗(yàn)上首先為了克服OPO輸出功率不穩(wěn)定造成的光束質(zhì)量難以用移動(dòng)刀口法進(jìn)行測(cè)量的問題，提出了“功率對(duì)照法”，并實(shí)現(xiàn)了波動(dòng)功率條件下光束質(zhì)量的準(zhǔn)確可靠測(cè)量。隨后通過一系列系統(tǒng)的對(duì)比性實(shí)驗(yàn)，分別研究了腔長、相位匹配類型、諧振波長以及諧振腔結(jié)構(gòu)對(duì)ZGP OPO光束質(zhì)量的影響情況，經(jīng)過分析后

5、發(fā)現(xiàn)，腔長的增加有助于改善光束質(zhì)量，Ⅱ類相位匹配下腔長增加對(duì)光束質(zhì)量的改善作用減弱，長腔長下Ⅰ類相位匹配輸出光束質(zhì)量優(yōu)于Ⅱ類相位匹配，長波諧振比短波諧振更有助于高光束質(zhì)量的輸出，環(huán)形腔結(jié)構(gòu)相比直腔結(jié)構(gòu)能夠顯著提高輸出光束質(zhì)量，在腔長為120mm的環(huán)形腔結(jié)構(gòu)下，Ⅰ類相位匹配長波諧振ZGP OPO得到了非常高的光束質(zhì)量輸出，水平和垂直兩個(gè)方向上的光束質(zhì)量M2因子分別為1.20和1.22。
　　所以，本論文在經(jīng)過理論上和實(shí)驗(yàn)上對(duì)ZGP