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(bǔ)了普通激光器只能輸出單一固定波長激光的缺點(diǎn)，并且覆蓋了普通激光器不能達(dá)到的波長，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，同時也是最為重要的一類OPO。利用成熟的激光調(diào)Q技術(shù)，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(zhuǎn)化效率。由于納秒OPO的諸多優(yōu)勢，目前對納秒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)寬光譜范圍波長調(diào)諧，同時保證OPO的性能可靠、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定等問題一直是OPO技術(shù)的研究熱點(diǎn)。本文對納秒OPO的理論設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)分析，從理論上對主、被動調(diào)Q內(nèi)腔光學(xué)參量振蕩器(IOPO)的運(yùn)行動態(tài)過程做了深入研究，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(jìn)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(xué)參量振蕩器(IOPO)時激光產(chǎn)生及非線性轉(zhuǎn)換的動態(tài)過程，并以此為基礎(chǔ)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(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(yīng)用前景。小型化BDN被動調(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被動調(diào)QKTP-IOPO實(shí)驗(yàn)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(dǎo)體端面泵浦Nd3+：YAG激光Cr4+：YAG被動調(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