1.53μm人眼安全光學(xué)參量振蕩器的研究

1、摘要中文摘要1 ．5 岬波段激光是目前主要應(yīng)用于人眼安全的激光波段，在生物醫(yī)學(xué)、光通訊、精密測距、激光制導(dǎo)武器等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。光學(xué)參量振蕩器( O p t i c a lP a r a m e t r i c O s c i l l a t o r ，簡稱O P O ) 具有可調(diào)諧的優(yōu)點(diǎn)，且其調(diào)諧范圍涵蓋紫外到遠(yuǎn)紅外，彌補(bǔ)了普通激光器只能輸出一種波長激光的缺點(diǎn)，是獲得寬帶可調(diào)諧、高相干輻射光源和新波段激光系統(tǒng)的重要途徑，具有很

2、高的應(yīng)用價(jià)值。通過光參量振蕩技術(shù)可將1 ．0 6 4 ¨m 激光高效地轉(zhuǎn)換為1 ．5I x m 人眼安全波段。本論文基于K T A 非線性晶體、O P O 技術(shù)，開展人眼安全波長激光器的理論和實(shí)驗(yàn)研究，并實(shí)現(xiàn)了1 ．5 3 1 x m激光的高效輸出。本文介紹了人眼安全激光器的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀，并比較了目前用于獲得1 ．5哪波段激光的各種技術(shù)途徑的優(yōu)缺點(diǎn)。用非線性光學(xué)理論對(duì)光學(xué)參量振蕩器實(shí)現(xiàn)激光頻率變換的原理進(jìn)行了闡述。文中還

3、詳細(xì)描述了激光晶體N d ：Y A G 和N d ：Y V 0 4以及非線性晶體K T A 的一些光學(xué)及物理特性，并對(duì)K T A 晶體的相位匹配情況作了重點(diǎn)分析。在實(shí)驗(yàn)部分，分別開展了氙燈泵浦、電光調(diào)Q 以及L D 端面泵浦、聲光調(diào)Q 兩種K T A ．O P O 系統(tǒng)激光實(shí)驗(yàn)研究。在氙燈泵浦、電光調(diào)Q K T A ．O P O 的實(shí)驗(yàn)中，泵浦能量2 8 ．2 J 下獲得了最高能量為9 0 m J 的1 ．5 3 } t m 信號(hào)光輸出

4、，部分輸出的1 ．0 6 4I x m 基頻光功率大約為1 2 m J ，通過計(jì)算可知腔內(nèi)基頻光能．量大約為3 8 8 m j ，基頻光到信號(hào)光的轉(zhuǎn)換效率達(dá)2 3 ．2 ％。在T ，D 端而泵浦聲光調(diào)QK T A ．O P O 的貿(mào)驗(yàn)中，我們用1 3 ．7 W 的8 0 8 n m 泵浦光泵浦，獲得了最高平均功率2 ．6W 的1 ．5 3 “m 信號(hào)光輸出，光光轉(zhuǎn)換效率達(dá)到1 9 ％，是目前L D 端泵內(nèi)腔式K T A ．O P O 報(bào)

5、道中的最高轉(zhuǎn)換效率。關(guān)鍵詞：光學(xué)參量振蕩器；N d ：Y V 0 4 晶體；K T A 晶體；1 ．5 3 l _ t m ；人眼安全‰t‘“A b s t r a c tA b s t r a c tL a s e r s o p e r m i n ga r o u n d1 ．5 g i nl o c a t ew i t h i n t h ea b s o r p t i o n b a n d o f w a t e r m

6、 o l e c u l e sa n dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fe y es a f e t y ．F o rt h i sr e a s o n , 1 ．5 1 a me y e - s a f e t y l a s e r sh a v et h ea p p l i c a t i o n f o r e g r o u n d i n t h e f i e l d s i

7、 n v o l v i n g b i o —m e d i c i n e ，o p t i c a l c o m m u n i c a t i o n ,p r e c i s i o nm e a s u r i n ga n dl a s e r - g u i d e dw e a p o n s ，e t c ．O p t i c a lp a r a m e t e ro s c i l l a t o r ( O

8、P O )h a sa d v a n t a g eo ft u n a b i l i t y ，t h et u n a b l er a n g eC a nb ef r o mu l t r a v i o l e tt of a ri n f r a r e d ，w h i c h m a k e s u p t h e d i s a d , 口a n t a g e o f t h e c o m m o nl a s

9、 e r s o n l y e m i t t i n g a s i n g l ew a v e l e n g t h ．O p t i c a lp a r a m e t r i c o s c i l l a t o r i s a ne f f i c i e n t m e a i L s f o rp r o d u c i n g 1 ．5 I _ t me y e —s a f e t yl a s e rp u

10、 m p e d b y1 ．0 6 4 “ml a s e r ．I n t h i sp a p e r , t h et h e o r e t i c a la n d e x p e d m e n t a ls t u d i e sf o r1 ．5 3 1 a me y e - s a f el a s e rw e r em a d eb a s e do nK T A n o n l i n e a rc r y s

11、 t a la n dO P Ot e c h n o l o g y ．A h i g h l ye f f i c i e n t1 ．5 3 9 m l a s e ro u t p u tw a s r e a l i z e d ．I nt h i sp a p e r , t h ed e v e l o p m e n ta n d t h es t a t u so f e y e ·s a f el a s

12、e r sw e r ei n t r o d u c e da n dt h et e c h n i c a l a p p r o a c h e sf o ra c h i e v i n g1 ．51 x mw a v e b a n dl a s e rw e r ec o m p a r e da sw e l l ．T h e p r i n c i p l eo f O P O f o ra c h i e v i n

13、 g l a s e r 矗e q u e n c yc o n v e r s i o n w a s e x p a t i a t e db y t h e a i do ft h et h e o r y o fn o n l i n e a r o p t i c s ．T h ep h y s i c a lp r o p e r t i e s o fl a s e rc r y s t a l sN d ：Y A G ，

14、N d ：Y V 0 4a n dt h en o n l i n e a r c r y s t a lK T A w e r es y s t e m a t i c a l l y s u m m a r i z e d ．T h e p h a s em a t c h s i t u a t i o no f K T A c r y s t a lh a s b e e n e m p h a t i c a l l ya n

15、 a l y z e d ．F o r t h eO P O e x p e r i m e n t s ，t h ei n c a v i t yK T A - O P O w i t hn o n —c r i t i c a lp h a s em a t c h i n gc u tp u m p e d b yx e n o n l a m pa n dl a s e rd i o d e w e r e s e p a r

16、a t e l ys t u d i e s ．I nt h ex e n o nl a m p - p u m p e dK T A - O P O e x p e d m e n t ，w eh a v ea c h i e v e d9 0 m J e n e r g yf o rs i g n a ll i g h tu n d e r t h el a m p - p u m p e d e n e r g yo f 2 8

17、．2 J ．功ef u n d a m e n t a l f r e q u e n c yl i g h te n e r g y i n s i d e c a v i t y W a s a b o u t 3 8 8 m j ，w h i c hc o u l d b e c a l c u l a t e d b yf u n d a m e n t a l行e q u e n c y l i g h t e n e r g

18、 y o f 12 m J m e a s u r e d o u t s i d e c a v i t y ．T h e o p t i c a l t o o p t i c a lc o n v e r s i o n e f f i c i e n c yw a s n e a r l y 2 3 ．2 ％．I nL D e n d —p u m p e dK T A —O P O e x p e r i m e n t ，w

19、 eh a v e a c h i e v e d2 ．6W a v e r a g e p o w e rf o rs i g n a l li g h t u n d e r t h eL D p u m p i n g p o w e r o f13 ．7 Wa n dt h ep u l s er e p e t i t i o nr a t e so f6 0 k H z ，c o r r e s p o n d i n g

20、t oa no p t i c a l - t o - o p t i c a Ic o n v e r s i o n e f f i c i e n c y o f19 ％．A s w e k n o w ,i t i s t h eh i g h e s tc o n v e r s i o ne f f i c i e n c yf o rt h er e p o r t e di n t r a - c a v i t yO