納秒光學(xué)參量振蕩器及其應(yīng)用技術(shù)研究.pdf

1、光學(xué)參量振蕩器(OPO)技術(shù)，是從已有波長(zhǎng)激光獲得新的波長(zhǎng)的可調(diào)諧相干光源的重要手段。它彌補(bǔ)了普通激光器只能輸出單一固定波長(zhǎng)激光的缺點(diǎn)，并且覆蓋了普通激光器不能達(dá)到的波長(zhǎng)，具有極高的應(yīng)用價(jià)值。在OPO眾多不同的運(yùn)轉(zhuǎn)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(shí)也是最為重要的一類(lèi)OPO。利用成熟的激光調(diào)Q技術(shù)，容易獲得納秒時(shí)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(zhuǎn)化效率。由于納秒OPO的諸多優(yōu)勢(shì)，目前對(duì)納秒OPO及其應(yīng)用的研究異?；钴S。如何降低OPO的閾值、提高參量轉(zhuǎn)換效率，獲得高功率輸出，實(shí)現(xiàn)寬光譜范圍波長(zhǎng)調(diào)諧，同時(shí)保證OPO的性能可靠、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定等問(wèn)題一直是OPO技術(shù)的研究熱點(diǎn)。本文對(duì)納秒OPO的理論設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)分析，從理論上對(duì)主、被動(dòng)調(diào)Q內(nèi)腔光學(xué)參量振蕩器(IOPO)的運(yùn)行動(dòng)態(tài)過(guò)程做了深入研究，從實(shí)驗(yàn)上實(shí)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(shí)質(zhì)及其相關(guān)技

3、術(shù)的理論基礎(chǔ)出發(fā)，理論上分析了影響OPO的振蕩閾值和參量轉(zhuǎn)換效率的各種因素。計(jì)算分析了鈮酸鋰(LN)和磷酸鈦氧鉀(KTP)兩種非線性晶體中實(shí)現(xiàn)OPO的相位匹配過(guò)程。分析了影響OPO參量轉(zhuǎn)換效率的因素，考慮共線泵浦作用下光波的走離效應(yīng)、非線性晶體的長(zhǎng)度、OPO諧振腔長(zhǎng)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(duì)參量增益及振蕩器閾值的影響，以及多模泵浦光對(duì)OPO參量光的高斯模半徑及參量過(guò)程的

4、影響。 對(duì)OPO的泵浦光源進(jìn)行深入分析，分析了Nd3+：YAG激光器的主、被動(dòng)調(diào)Q過(guò)程及包含內(nèi)腔光學(xué)參量振蕩器(IOPO)時(shí)激光產(chǎn)生及非線性轉(zhuǎn)換的動(dòng)態(tài)過(guò)程，并以此為基礎(chǔ)建立了被動(dòng)調(diào)QIOPO的參數(shù)優(yōu)化模型。 在理論分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了KTP-IOPO獲得人眼安全1.57μm激光輸出的實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)輸出OPO器件，雙波長(zhǎng)混合激光

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

6、極其緊湊。半導(dǎo)體連續(xù)激光側(cè)面泵浦Nd3+：YAG激光器Cr4+：YAG被動(dòng)調(diào)QKTP-IOPO實(shí)驗(yàn)研究，獲得峰值功率KW量級(jí)，脈沖重頻約100KHz的高重頻OPO人眼安全信號(hào)光輸出。同時(shí)論文中還介紹了光纖耦合半導(dǎo)體端面泵浦Nd3+：YAG激光Cr4+：YAG被動(dòng)調(diào)Q實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果，為進(jìn)一步改進(jìn)高重頻KTPIOPO的設(shè)計(jì)準(zhǔn)備了基礎(chǔ)。 在理論分析的基礎(chǔ)上，論文還介紹了LN-OPO的獲得3～5μm中紅外激光輸出的實(shí)驗(yàn)研究及結(jié)論。采用新穎