光學(xué)超晶格中紅外光參量振蕩器研究.pdf

1、2-5μm波段中紅外激光在大氣中具有較強(qiáng)的穿透能力，而且眾多原子及分子的特征吸收峰也坐落于該波段，因此該波段激光在前沿科學(xué)、軍事、光譜學(xué)、遙感探測(cè)、醫(yī)療診斷等諸多領(lǐng)域都具有極其重要的應(yīng)用價(jià)值，該波段激光器一直是國(guó)防和民用領(lǐng)域競(jìng)相研發(fā)的重點(diǎn)。利用光參量振蕩器(OPO)技術(shù)，將成熟的近紅外波段激光進(jìn)行頻率下轉(zhuǎn)換，能夠?qū)崿F(xiàn)中紅外波段激光的寬帶、連續(xù)調(diào)諧輸出，可以彌補(bǔ)一些離子摻雜（如Ho3+、Er3+、Tm3+）激光器在波長(zhǎng)發(fā)射和調(diào)諧方面的不足

2、。在眾多非線性晶體材料中，基于準(zhǔn)相位匹配的光學(xué)超晶格材料，特別是周期極化鈮酸鋰或鉭酸鋰晶體(PPLN、PPLT)，具有非線性系數(shù)大、通光范圍寬、波長(zhǎng)調(diào)諧方式多樣、生長(zhǎng)制備較為容易、適合于1064nm泵浦等優(yōu)點(diǎn)，是目前中紅外大功率OPO的理想選擇。
　　拓寬中紅外激光輸出波長(zhǎng)范圍，提高OPO的轉(zhuǎn)換效率、輸出功率、光束質(zhì)量和穩(wěn)定性一直都是人們研究的方向。針對(duì)這一命題，本論文將泵浦源設(shè)計(jì)、光束整形以及OPO諧振腔設(shè)計(jì)相結(jié)合，選用周期性極

3、化摻鎂鈮酸鋰(PPMgO∶LN)及化學(xué)計(jì)量比鉭酸鋰(PPSLT)晶體，實(shí)現(xiàn)了寬調(diào)諧窄線寬連續(xù)波，大能量長(zhǎng)脈沖，多波長(zhǎng)、寬調(diào)諧及高功率納秒脈沖中紅外OPO輸出。具體內(nèi)容主要包括:
　　1.介紹了中紅外激光的重要應(yīng)用，對(duì)目前產(chǎn)生中紅外激光的主要技術(shù)途徑進(jìn)行了對(duì)比，并概述了光學(xué)超晶格OPO的研究現(xiàn)狀。
　　2.簡(jiǎn)單介紹了相位匹配技術(shù)，描述了準(zhǔn)相位匹配技術(shù)和實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)調(diào)諧的原理與方法，對(duì)OPO基礎(chǔ)知識(shí)及設(shè)計(jì)基本原則進(jìn)行了介紹。

4、　　3.結(jié)合單塊非平面環(huán)形腔(NPRO)單頻激光器和混合腔(Innoslab)板條激光放大器，開(kāi)展寬調(diào)諧、窄線寬連續(xù)波中紅外OPO研究。得到了83.4W、線寬17.69kHz的高功率1064nm激光輸出;并在基于PPMgO∶LN的環(huán)形腔OPO中，實(shí)現(xiàn)了1344.6-5103.2nm的寬調(diào)諧窄線寬中紅外激光輸出。
　　4.采用具有高峰值功率的脈沖模式工作的激光二極管(LD)作為泵浦源，進(jìn)行了大能量長(zhǎng)脈沖中紅外OPO探索。以Nd∶YV

5、O4為激光增益介質(zhì)，腔內(nèi)泵浦PPMgO∶LN晶體，在結(jié)構(gòu)緊湊的直腔中，得到了大能量微秒量級(jí)脈沖參量光輸出，3.336、3.500、3.789μm處的單脈沖能量分別為3.99、3.31、2.50mJ。
　　5.研究了多波長(zhǎng)、寬調(diào)諧納秒中紅外OPO。針對(duì)OPO需要偏振激光泵浦的特點(diǎn)，利用偏振分束技術(shù)，將由非偏振光纖激光分束后的兩路偏振光共同耦合進(jìn)同一塊PPSLT晶體的兩個(gè)不同通道，在同一諧振腔中，實(shí)現(xiàn)了四波長(zhǎng)激光同時(shí)輸出;利用多周期P

6、PMgO∶LN晶體，實(shí)現(xiàn)了1346.6-5076.8nm寬調(diào)諧納秒中紅外OPO輸出。
　　6.利用調(diào)Q激光技術(shù)，結(jié)合多級(jí)Innoslab板條放大器，對(duì)高功率中紅外OPO進(jìn)行了研究。用側(cè)面抽運(yùn)Nd∶YLF調(diào)Q激光泵浦PPMgO∶LN晶體，得到了單脈沖能量為1.1mJ的3.796μm中紅外激光輸出;以多級(jí)Innoslab板條放大器為OPO泵浦源，在3.791μm和2μm波段分別實(shí)現(xiàn)了10.2W和33.3W的中紅外激光輸出。