高重频高效率2.1μm KTP光参量振荡器研究

摘要

本文设计了一台采用1.06μm泵浦主振荡功率放大器泵浦键合KTP晶体的高重频高效率的2.1μm光参量振荡器。首先从三波耦合方程入手，研究了单谐振与双谐振光参量振荡器的增益、阈值及转换效率，为光参量振荡器的设计提供了必要的理论依据。从理论方面分别对1.06μm泵浦主功率放大激光器的结构设计，对非线性晶体 KTP的尺寸、切割角的设计，选定了尺寸为366?40mm的II类相位匹配，在x-z平面上切割，切割角为52.3°，键合KTP晶体，并且对KTP-OPO的运转方式，腔型结构进行了设计并搭建实验平台进行进一步研究。在重复频率为50kHz时，采用二级放大的纵向泵浦主振荡功率放大器结构，实现了38.6W1064nm激光，输出脉宽为8.74ns，光束质量为M X2=1.236, MY2=1.208。最后，采用30W的1064nm激光泵浦键合KTP晶体，实现了3.99W2.1μm激光输出，激光波长为2128nm，脉宽为10.79ns，1064nm-2.1μm光-光转化效率为13.4％，光束质量为2M X=3.99, MY2=4.17。

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第一章 绪 论

1.1引言

1.1.1 激光医疗

1.1.2 激光雷达

1.1.3 光电对抗

1.2 2.1μm激光器研究现状

1.3 本文主要研究内容

第二章 光学参量振荡器的基本原理

2.1光参量振荡器的理论研究

2.2光学参量振荡器中的三波互作用

2.3 光参量振荡器特性分析

2.3.1 光参量振荡器的增益

2.3.2 光参量振荡器的阈值

2.3.3 光参量振荡器的转换效率

第三章 2.1μm KTP光参量振荡器实验设计

3.1纵向泵浦主振荡功率放大器设计

3.1.1纵向泵浦主振荡功率放大器理论研究

3.1.2 纵向泵浦主振荡功率放大器结构设计

3.2 非线性晶体KTP设计

3.2.1 非线性晶体KTP切割角及相位匹配的选择

3.2.2 非线性晶体KTP的走离角

3.2.3 非线性晶体KTP键合晶体

3.3 KTP-OPO结构设计

3.3.1 KTP-OPO的选择

3.3.2 KTP-OPO运转方式的选择

3.3.3 KTP-OPO腔型结构

3.3.4 KTP-OPO的泵浦功率阈值分析

第四章 2.1μm KTP光参量振荡器实验研究

4.1 纵向泵浦主振荡器输出特性实验研究

4.1.1 主振荡级连续激光实验研究

4.1.2 主振荡级脉冲激光实验研究

4.2 纵向泵浦放大级实验研究

4.2.1 放大级实验特性研究

4.3 2.1μm KTP光参量振荡器实验研究

4.3.1 单块/双块/键合KTP晶体 2.1μm输出功率的测量

4.3.2 OPO输出镜透过率对输出功率的影响

4.3.3 2.1μm激光输出功率随腔长的变化的关系

4.3.4 2.1μm激光的测量

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果