納秒光學參量振蕩器及其應用技術研究.pdf

1、光學參量振蕩器(OPO)技術，是從已有波長激光獲得新的波長的可調(diào)諧相干光源的重要手段。它彌補了普通激光器只能輸出單一固定波長激光的缺點，并且覆蓋了普通激光器不能達到的波長，具有極高的應用價值。在OPO眾多不同的運轉方式中(連續(xù)波、納秒、皮秒和飛秒OPO)，納秒OPO的發(fā)展最為成熟，同時也是最為重要的一類OPO。利用成熟的激光調(diào)Q技術，容易獲得納秒時間范圍的高能量，高峰值功率的脈沖泵浦激光，從而保證了泵光在非線性晶體中的高增益要求，具有較

2、高的轉化效率。由于納秒OPO的諸多優(yōu)勢，目前對納秒OPO及其應用的研究異?；钴S。如何降低OPO的閾值、提高參量轉換效率，獲得高功率輸出，實現(xiàn)寬光譜范圍波長調(diào)諧，同時保證OPO的性能可靠、運轉穩(wěn)定等問題一直是OPO技術的研究熱點。本文對納秒OPO的理論設計進行了詳細分析，從理論上對主、被動調(diào)Q內(nèi)腔光學參量振蕩器(IOPO)的運行動態(tài)過程做了深入研究，從實驗上實現(xiàn)了高效率的OPO相干光輸出。 本文首先從分析OPO的物理實質(zhì)及其相關技

3、術的理論基礎出發(fā)，理論上分析了影響OPO的振蕩閾值和參量轉換效率的各種因素。計算分析了鈮酸鋰(LN)和磷酸鈦氧鉀(KTP)兩種非線性晶體中實現(xiàn)OPO的相位匹配過程。分析了影響OPO參量轉換效率的因素，考慮共線泵浦作用下光波的走離效應、非線性晶體的長度、OPO諧振腔長度，OPO輸出鏡耦合輸出率，泵浦光功率密度，脈沖寬度，空間模耦合系數(shù)和非線性晶體的吸收等參數(shù)對參量增益及振蕩器閾值的影響，以及多模泵浦光對OPO參量光的高斯模半徑及參量過程的

4、影響。 對OPO的泵浦光源進行深入分析，分析了Nd3+：YAG激光器的主、被動調(diào)Q過程及包含內(nèi)腔光學參量振蕩器(IOPO)時激光產(chǎn)生及非線性轉換的動態(tài)過程，并以此為基礎建立了被動調(diào)QIOPO的參數(shù)優(yōu)化模型。 在理論分析的基礎上，進行了KTP-IOPO獲得人眼安全1.57μm激光輸出的實驗研究。分別研制了閃光燈泵浦Nd3+：YAG激光器電光調(diào)QKTP-IOPO1.064μm/1.57μm雙波長輸出OPO器件，雙波長混合激光

5、輸出能量大于38mJ/pulse，其中1.57μm波長激光能量大于22mJ，1.06μm波長激光能量大于16mJ。作為激光有源干擾時可以同時作用于兩個波長工作的激光武器。在軍事上具有重要的應用前景。小型化BDN被動調(diào)QKTP-IOPO實驗研究，BDN染料片以布儒斯特角放入激光諧振腔，同時起到調(diào)Q器件和偏振片的雙重作用，實驗獲得了6.6mJ/pulse的1.57μm人眼安全OPO信號光輸出，脈寬6ns，脈沖峰值功率高達1.1MW，器件結構

6、極其緊湊。半導體連續(xù)激光側面泵浦Nd3+：YAG激光器Cr4+：YAG被動調(diào)QKTP-IOPO實驗研究，獲得峰值功率KW量級，脈沖重頻約100KHz的高重頻OPO人眼安全信號光輸出。同時論文中還介紹了光纖耦合半導體端面泵浦Nd3+：YAG激光Cr4+：YAG被動調(diào)Q實驗研究結果，為進一步改進高重頻KTPIOPO的設計準備了基礎。 在理論分析的基礎上，論文還介紹了LN-OPO的獲得3～5μm中紅外激光輸出的實驗研究及結論。采用新穎