zgpopo產(chǎn)生4.3(m波段窄線寬激光實(shí)驗(yàn)研究（

1、1ZGPOPO產(chǎn)生產(chǎn)生4.3?m波段窄線寬激光實(shí)驗(yàn)研究波段窄線寬激光實(shí)驗(yàn)研究?卞進(jìn)田，葉慶，孫曉泉（國(guó)防科技大學(xué)脈沖功率激光技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽合肥230037）摘要：為了設(shè)計(jì)4.3?m波段大功率窄線寬中紅外激光器，開(kāi)展了2.7?m激光抽運(yùn)ZGP晶體光參量振蕩(OPO)技術(shù)產(chǎn)生4.3?m波段窄線寬激光實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果開(kāi)展了詳細(xì)的分析。抽運(yùn)源為1064nm抽運(yùn)的KTPOPO激光器輸出的2.7?m波段參量激光，KTPOPO采用單諧振

2、結(jié)構(gòu)，將兩塊相同的KTP晶體光軸相向放置以補(bǔ)償走離效應(yīng)，KTP晶體按?=0?，?=62?切割以獲得波長(zhǎng)2.7?m波段激光輸出，采用Ⅱ(B)類(lèi)相位匹配（o→oe）以利用較大的非線性系數(shù)。ZGPOPO采用單諧振結(jié)構(gòu)，采用Ⅱ(B)類(lèi)相位匹配（o→oe）以獲得窄線寬輸出，ZGP晶體按?=0?，?=68?切割以獲得波長(zhǎng)4.3?m波段激光輸出。在抽運(yùn)光波長(zhǎng)2.7?m，脈沖能量為7.5mJ，脈寬8.6ns的條件下，獲得脈沖能量2.12mJ，線寬30n

3、m，脈寬8.7ns的4.26?m激光輸出，光光轉(zhuǎn)換效率約為28.3%，斜效率約為32.6%，水平和垂直方向的光束質(zhì)量M2分別為6.2和13.5。關(guān)鍵詞：激光器；4.3?m激光；單諧振光參量振蕩器；ZGP晶體中圖分類(lèi)號(hào)：TN248.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：ZGPOpticalParametricOscillat4.3?mLaserwithNarrowLinewidthBIANJintianYEQingSUNXiaoquan（StateK

4、eyLabatyofPulsedPowerLaserTechnologyNationalUniversityofDefenseTechnologyHefeiAnhui230037China）Abstract:Indertodesignhighpowernarrowlinewidth4.3?mlaserthenarrowlinewidth4.3?mlaserisobtainedbyZGPopticalparametricoscillati

5、on(OPO)pumpedbya2.7?mlaser.Theexperimentalresultsareanalyzedindetail.Thepumpsourceisa2.7?mKTPOPOlaserpumpedbya1.064?mNd:YAGlasertheOPOissinglyresonated.TwoidenticalKTPcrystalsareplacedwithoppositeopticalaxistocompensatet

6、hewalkoffeffect.TheKTPcrystalsarecutas?=0?=62?togenerate2.7?mwaveblaser.ToutilizethelargeeffectivenonlinearcoefficientthephasematchingisbasedontypeⅡ(B)(o→oe).TheZGPOPOissinglyresonatedtoo.Tooutputnarrowlinewidthlaserthep

7、hasematchingisbasedontypeⅡ(B)(o→oe).TheZGPcrystaliscutas?=0?=68?togenerate4.3?mlaser.Theenergyofthe2.7?mlaseris7.5mJwithapulseof8.5nslinewidth12nm.Pulseenergyof2.12mJat4.26?mwithanopticalopticalconversionefficiencyof28.3

8、%aslopefficiencyof32.6%isobtainedthepulsewidthis8.7nsthelinewidthis30nm.ThebeamqualitiesM2ofhizontalverticaldirectionsare6.213.5respectively.Keywds：lasers4.3?mlaserthesingleresonantopticalparametricoscillationZGPcrystal?

9、收稿日期：收稿日期：2018XXXX基金項(xiàng)目：基金項(xiàng)目：脈沖功率激光技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任基金（KY13C162）作者簡(jiǎn)介：作者簡(jiǎn)介：卞進(jìn)田（1979－），男，湖南華容人，副研究員，博士，Email：bianjt@中紅外3?5μm波段處于大氣紅外窗口，該波段激光在光譜學(xué)、遙感、醫(yī)療、環(huán)保等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值和前景[123]，尤其是在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，使得該波段激光成為目前各國(guó)研究的熱點(diǎn)[45]。由于光參量振蕩(簡(jiǎn)稱OPO)技術(shù)可提

10、供寬的連續(xù)調(diào)諧，結(jié)構(gòu)小巧緊湊，可連續(xù)或高重頻脈沖輸出數(shù)瓦(至幾十瓦)級(jí)功率的中紅外激光。OPO技術(shù)實(shí)現(xiàn)中紅外激光輸出成了現(xiàn)階段的最佳選擇?？捎糜谥屑t外OPO激光輸出的晶體有ZnGeP2(簡(jiǎn)稱ZGP)、3匹配Fig.1ZGPOPOtuningacteristics:(a)typeI(b)typeII由圖可見(jiàn)，采用2.7?m激光泵浦的兩種匹配方式輸出波長(zhǎng)均可覆蓋3~12?m波段，充分利用了ZGP晶體的透光波段，相比之下，2.7?m泵浦Ⅱ類(lèi)匹

11、配方式ZGPOPO的調(diào)諧曲線在4~5?m波段較平坦，有利于窄線寬輸出。1.2單諧振光參量振蕩器振蕩閾值ZGPOPO閾值的分析主要應(yīng)用Brosnan及Byer的經(jīng)典理論模型[16]。在該模型中，定義單諧振OPO信號(hào)光能量100?J時(shí)泵浦光的輸入能量密度作為OPO的振蕩閾值(閾值時(shí)信號(hào)光功率為初始噪聲功率的e33倍)，其閾值能量密度可表示為：(5)22222.253312lnln4(1)thseffcLJlgLR??????????????

12、??式中，?為泵浦光脈沖半高寬，為泵浦光?場(chǎng)后向與前向振幅之比，L為OPO腔光學(xué)長(zhǎng)度，c為光速，為晶體對(duì)信號(hào)光吸收系數(shù)，l?為晶體長(zhǎng)度，R為OPO腔鏡對(duì)信號(hào)光一次往返反射率，為增益系數(shù)，可表示為：?(6)2302sieffsipdnnnc?????其中?s、?i分別為信號(hào)光及閑頻光角頻率，deff為有效非線性系數(shù)，ns、ni、np分別為信號(hào)光、閑頻光、泵浦光折射率，?0為真空介電常數(shù)。gs為模式耦合系數(shù)：(7)222sppswwwg??

13、其中wp和ws分別為泵浦光和信號(hào)光半徑，對(duì)于高斯光束有：(8)0222262?????????psswwwL??Leff為有效增益長(zhǎng)度：(9)2effwwlLlerfl????????其中erf為誤差函數(shù)，為走離距離：wl(10)222222ppswpswwwlww?????其中為走離角。?閾值公式的物理意義可解釋為在閾值條件下增益等于損耗。其中第一項(xiàng)對(duì)應(yīng)脈沖建立過(guò)程中的損耗，第二項(xiàng)和第三項(xiàng)分別對(duì)應(yīng)晶體吸收損耗和腔結(jié)構(gòu)的耦合輸出損耗，最

14、后一項(xiàng)對(duì)應(yīng)于雙通泵浦過(guò)程的損耗。2實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)采取雙OPO結(jié)構(gòu)，第一級(jí)OPO為Nd:YAG調(diào)Q輸出1.064?m激光（10Hz，10ns）泵浦KTPOPO產(chǎn)生的2.7?m波段激光，第二級(jí)OPO為2.7?m波段激光泵浦ZGPOPO產(chǎn)生4.3?m波段激光，實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。Nd:YAGKDPM1M2M3HeNeNd:YAGM4M5M6M10M9望遠(yuǎn)鏡ZGPM12M13M14M11KTPM7KTPM8圖2KTPOPO泵浦ZGPOPO實(shí)驗(yàn)裝置