窄帶脈沖周期極化光學(xué)參量放大技術(shù)研究.pdf

1、基于二階非線性光學(xué)效應(yīng)的光學(xué)參量下轉(zhuǎn)換技術(shù)是獲得可調(diào)諧變頻相干光輻射的有效途徑。尤其是近些年來(lái)周期極化晶體的出現(xiàn)，為參量光源提供了又一次飛躍式發(fā)展的契機(jī)。然而普通光學(xué)參量振蕩器（optical parametric oscillator，OPO）受到泵浦光線寬、參量增益帶寬的影響，往往處于多縱模運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，其輸出參量光線寬難以滿足高分辨率光譜分析等某些應(yīng)用的需求，因此為了壓縮參量光的光譜，人們發(fā)展了種子注入式OPO。但種子注入OPO往往需

2、要復(fù)雜的反饋控制系統(tǒng)，這不僅使其成本高昂、而且不利于小型集成化和使用方便。在這樣的背景下，本文理論分析了采用基于周期極化晶體的光學(xué)參量放大器（optical parametric amplifier，OPA）來(lái)實(shí)現(xiàn)窄帶脈沖參量激光輸出的可能性，并通過(guò)后續(xù)實(shí)驗(yàn)初步驗(yàn)證了該方案的可行性。相比于種子注入 OPO，雖然該方案對(duì)泵浦源性能有較高要求，但整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)需諧振腔和復(fù)雜的控制系統(tǒng)，同時(shí)又能獲得良好的光譜壓縮效果，是窄線寬參量光

3、源發(fā)展的一個(gè)新方向。本文開展的主要工作如下所述：
　　一、通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研，總結(jié)和分析國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并在歸一化三波混頻耦合振幅方程組的基礎(chǔ)上，開展了窄帶OPA的數(shù)值模擬，通過(guò)理論計(jì)算驗(yàn)證了單程參量放大可以獲得有效的窄帶參量光輸出，得到了實(shí)驗(yàn)所需的泵浦光峰值功率、種子光平均功率以及對(duì)應(yīng)晶體長(zhǎng)度等信息。為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的開展奠定了理論基礎(chǔ)。
　　二、為了開展近紅外窄帶OPA實(shí)驗(yàn)，首先搭建了LBO-Nd:YAG內(nèi)腔倍頻532nm脈沖激光作

4、為泵浦源，然后對(duì)光纖耦合輸出的820nm種子光進(jìn)行了性能測(cè)試，最后實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了兩級(jí)放大、近紅外窄帶OPA的出光，并獲得了280mW的平均功率和140μJ的脈沖能量，輸出信號(hào)光線寬為14.9pm。同時(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了窄帶脈沖OPA實(shí)驗(yàn)對(duì)泵浦源的性能要求。
　　三、在前一部分實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用了商業(yè)化的高性能1064nm微芯激光器作為泵浦源，以及1971nm單頻摻銩光纖激光器作為種子源，通過(guò)單級(jí)的參量放大獲得了有效的2μm波段、雙波