基于MgO:PPLN的窄线宽光参量振荡器特性研究

摘要

光学参量振荡器（Optical parametric oscillator,OPO）作为可调谐光源，弥补了传统激光器输出波长单一的缺点，拓展了输出波长的范围，有极高的应用价值，在激光光谱学、军事、医疗等领域得到广泛应用。随着非线性光学材料加工工艺以及激光技术的不断进步，光学参量振荡器的类别越来越多，波长拓展范围越来越大，转换效率也越来越高，应用范围也越来越广泛。本文主要对基于PPLN晶体准相位匹配技术的宽调谐窄线宽的光学参量振荡器的特性进行了研究。
　　1.实验采用频率为1KHz、波长为1064nm、脉冲时间宽度约为8ns的纳秒脉冲激光器对PPMgLN晶体进行泵浦，采用单谐振、环形腔结构，实现了近红外激光的稳定输出。采用周期调谐与温度调谐相结合的调谐方式，实现了1483～1527nm的连续可调谐信号光输出。在泵浦功率为1.59W时达到最大转换效率23.1％，此时信号光功率为0.367W。实验中得到了较窄的线宽展宽，在泵浦光为0.8W时，信号光线宽展宽只有0.5nm，随着功率的增加，由于高增益的原因在泵浦光功率饱和(2.4W)情况下，信号光线宽展宽变为0.8nm。
　　2.实验中进一步采用了延时光路系统，将单个泵浦脉冲在时间上变为两个紧邻的脉冲。延时为8ns时，光转换效率最大为30％，此时输入泵浦光功率为3.06W，输出信号光功率为0.918W。在泵浦光为5W时，信号光展宽仅为0.6nm。为了进一步压窄线宽，我们分别在腔体中加入FP标准具。在泵浦光为1.4W的情况下，信号光线宽展宽为0.05nm，泵浦光为5W时，信号光线宽展宽仅为0.2nm。由于FP标准具的反射以及吸收，泵浦光转换效率会受到一定的影响，在加入FP标准具的情况下，光转换效率最高为17％，此时输入泵浦光功率为2.79W，输出信号光功率为0.47W。

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 OPO的发展历程

1．3 OPO的应用

1．4 本论文主要内容

第二章 非线性耦合波方程及准相位匹配

2．1 非线性耦合波方程的推导

2．1．1 基本概念

2．1．2 三波耦合波方程的推导

2．2 准相位匹配技术

2．2．1 准相位匹配理论推导

2．2．2 准相位匹配的优点

本章小结

第三章 光参量振荡器的理论分析

3．1 光参量振荡器原理简介

3．1．1 光参量振荡器的基本概念

3．1．2 光参量振荡器的分类

3．1．3 光参量振荡器晶体的选择

3．2单谐振光参量振荡器阈值

3．3 光参量振荡器波长调谐理论分析

3．4 光参量振荡器线宽展宽理论

3．4．1 高增益引起的线宽展宽

3．4．2 泵浦光发散角引起的线宽展宽

3．4．3 泵浦光线宽引起的线宽展宽

本章小结

第四章 基于PPMgLN外腔光参量振荡器的实验研究

4．1 实验总体方案设计

4．2 光参量振荡器阈值、调谐特性研究

4．3 光参量振荡器转换效率

4．4 光参量振荡器线宽优化

本章小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

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