連續(xù)波至納秒脈沖光學(xué)參量振蕩器的研究.pdf

1、光學(xué)參量振蕩器是產(chǎn)生具有高度相干性的可調(diào)諧輻射的器件。隨著激光器和二階非線性晶體的科學(xué)和技術(shù)的進(jìn)步，光學(xué)參量振蕩器的理論和技術(shù)也逐漸得到發(fā)展。本論文主要從理論和實(shí)驗(yàn)上研究了連續(xù)波至納秒脈沖光學(xué)參量振蕩器的特性。論文中的主要工作如下所述。 利用格林函數(shù)法和微擾法發(fā)展了單通相互作用的光學(xué)參量振蕩器的閾值和效率的一般化分析理論。泵浦波和非共振的閑置波的電場(chǎng)強(qiáng)度被表示成有效二階非線性系數(shù)的級(jí)數(shù)形式。文中考慮了基模橢圓高斯光束、光束的衍射

2、效應(yīng)、任意強(qiáng)度的聚焦、任意焦點(diǎn)位置、相位失配、光束走離、小的線性吸收系數(shù)等。結(jié)果適合于描述穩(wěn)態(tài)運(yùn)行、一般化共線相位匹配的光學(xué)參量振蕩器。 推導(dǎo)了內(nèi)腔連續(xù)波單共振光學(xué)參量振蕩器的光強(qiáng)特性的平面波理論。發(fā)展了內(nèi)腔連續(xù)波單共振光學(xué)參量振蕩器的功率特性的高斯光束理論，該理論更確切地描述了這類(lèi)光學(xué)參量振蕩器的特性。將激光諧振腔內(nèi)的二階非線性相互作用視為激光器的一種輸出損耗，求解描述激光器特性的方程，得到激光器的非線性反射率和內(nèi)腔連續(xù)波單共

3、振光學(xué)參量振蕩器的信號(hào)波和閑置波的光強(qiáng)或功率特性。在平面波理論中，考慮了準(zhǔn)三能級(jí)、四能級(jí)激光增益介質(zhì)的端面泵浦特性，對(duì)于環(huán)行腔結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔連續(xù)波單共振光學(xué)參量振蕩器，分析了其在平均場(chǎng)和非平均場(chǎng)近似條件下的特性，而對(duì)于駐波腔結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔連續(xù)波單共振光學(xué)參量振蕩器，分析了其在平均場(chǎng)近似條件下的特性。在高斯光束理論中，考慮了四能級(jí)激光增益介質(zhì)的端面泵浦特性，分析了平均場(chǎng)近似條件下駐波腔結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔連續(xù)波單共振光學(xué)參量振蕩器的特性。 發(fā)展了穩(wěn)

4、態(tài)運(yùn)行、具有腔內(nèi)光放大的環(huán)形腔單共振光學(xué)參量振蕩器的功率特性的高斯光束理論。在這種結(jié)構(gòu)的單共振光學(xué)參量振蕩器中，適當(dāng)?shù)剡x擇光放大器的參數(shù)，可以很大程度地降低單共振光學(xué)參量振蕩器的泵浦閾值。在平均場(chǎng)近似下，無(wú)二階非線性交叉耦合作用、具有腔內(nèi)光放大的環(huán)形腔單共振光學(xué)參量振蕩器的工作范圍分為四個(gè)工作區(qū)域，且存在最小的單共振光學(xué)參量振蕩器的泵浦閾值。分析中考慮了作為光放大器的激光增益介質(zhì)的端面泵浦特性以及一般化單共振光學(xué)參量振蕩器的特性。

5、 推導(dǎo)了描述以Cr4+:YAG作為飽和吸收體和激光增益介質(zhì)、被動(dòng)Q開(kāi)關(guān)運(yùn)行的Nd:YAG激光器諧振腔內(nèi)泵浦的Cr4+:YAG激光器和單共振光學(xué)參量振蕩器的動(dòng)力學(xué)特性的速率方程。適當(dāng)條件下作為激光增益介質(zhì)的Cr4+:YAG同時(shí)具有對(duì)二階非線性作用過(guò)程產(chǎn)生的處于Cr4+:YAG激光增益譜范圍內(nèi)的SRO信號(hào)波的放大作用。分析中考慮了Cr4+:YAG較高激發(fā)態(tài)和激光上能級(jí)之間的馳豫時(shí)間對(duì)Cr4+:YAG飽和吸收體和激光器以及內(nèi)腔單共振光學(xué)參量

6、振蕩器的影響。 在不考慮入射波衰竭的情況下，推導(dǎo)了多個(gè)二階非線性光學(xué)晶體中差頻產(chǎn)生和參量振蕩的平面波和高斯光束理論。分析中考慮了基模橢圓高斯光束、光束的衍射效應(yīng)、任意強(qiáng)度的聚焦、任意焦點(diǎn)位置、相位失配、光束走離、小的線性吸收系數(shù)等。文中結(jié)果應(yīng)用于分析雙晶體泵浦波走離補(bǔ)償?shù)膯喂舱窆鈱W(xué)參量振蕩的閾值特性，以及雙晶體走離補(bǔ)償?shù)牟铑l產(chǎn)生過(guò)程。分析結(jié)果表明利用這種結(jié)構(gòu)的單共振光學(xué)參量振蕩器可以很大程度地降低泵浦閾值。而具有雙晶體走離補(bǔ)償?shù)?/p>