高功率百皮秒级激光频率转换技术研究

摘要

高脉冲能量的窄脉宽固体激光器以其能量高、功率密度高的特点在光谱技术、雷达技术等领域有着相当广泛的应用前景。以受激布里渊散射（SBS）效应对脉宽进行压缩，可以在进一步提高激光器脉冲功率密度、单模输出的前提下，保证比较好的光束质量，在超短脉冲激光领域有着独特的地位。频率转换模块作为大多数激光器的关键部件，可以使激光器输出脉冲的波长从近红外拓展至可见光直至紫外波段，从而使激光器的用途更为广泛。因此，将SBS压缩技术与频率转换技术相结合可以更有效地发挥SBS压缩技术的优势。然而，SBS压缩脉冲有着高能量、高功率密度的特点，对于频率转换所用的非线性晶体有着相当多的限制。本文针对高功率百皮秒级激光器，对高效倍频与三倍频方案进行了研究、模拟和优化。在此基础上，实现高效倍频与三倍频设计方案，通过实验得到了高转换效率的倍频、三倍频输出。
　　本论文首先通过推导与分析倍频与和频的物理模型，结合晶体光学理论，选择适合实验室条件的常用非线性晶体进行方案设计与分析对比。
　　然后，以理论分析为基础编写和频过程的模拟计算程序，通过与文献中的模拟结果进行对比以验证计算程序的正确性。以计算程序对所选的倍频晶体进行数值模拟，给出高效的倍频方案。再通过实验，最终选择LBO晶体Ⅰ类相位匹配进行倍频，倍频转换效率最高达73.9％，且能保证连续运转，实现了高效的倍频过程。同时，再以实验数据证明计算程序的正确性。
　　最后，将倍频过程中所用的计算程序改写为和频计算程序，通过与文献模拟结果对比验证计算程序的正确性。选取LBO晶体为和频晶体进行高效和频方案设计，给出高效的和频方案。通过实验，和频效率最高达34.2%，能够连续运转，实现了高效的和频过程。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的与意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.3 本文主要研究内容及章节安排

第2章 激光频率转换物理模型的建立及相关理论

2.1 和频与倍频过程的物理模型

2.2 相位匹配理论

2.3 影响频率转换效率的因素

2.4 本章小结

第3章 高功率百皮秒级激光器高效倍频方案的优化设计与实现

3.1 实验基本条件

3.2 倍频非线性晶体的选择

3.3 高效倍频方案的优化设计

3.4 高效倍频方案的实现与选择

3.5 本章小结

第4章 高功率百皮秒级激光器高效三倍频过程的优化设计与实现

4.1 和频非线性晶体的选择

4.2 高效三倍频方案的优化设计

4.3 高效三倍频方案的实现

4.4 本章小结

结论

参考文献

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致谢