1560 nm激光外腔谐振倍频研究

摘要

利用非线性光学效应的激光倍频技术是扩展激光波长范围的一种手段，也是制备新型激光器的一种方法。通过光纤激光器与倍频器件组合得到的新型激光器通常采用工业级的半导体激光二极管与通信用光纤器件，许多组件可以方便地接合或者密封，并且除了非线性晶体外，其余部分可以通过空气冷却。因此这类激光器更经济适用，稳定且不需要太多的维护。该类型的激光器主要受益于两项技术：一是高功率、窄线宽的光纤激光器/光纤放大器技术，二是准相位匹配技术。特别是后者的应用弥补了某些非线性晶体在常规温度下或者对特定波段不能实现相位匹配的缺点，同时也使晶体最大非线性系数可以被利用。晶体制作、周期极化技术的进步也使晶体的尺寸可以做得更大，极化更均匀。种种优势让这种新型激光器成为了除半导体激光器、钛宝石激光器外的新选择。本文借鉴了以往1.5μm激光倍频的实验，对1.5μm激光在蝶型四镜环形腔与半整体腔内的谐振倍频做了研究，旨在实现高效的1.5μm激光倍频转化，为通过光纤通信波段器件及周期极化非线性晶体制备铷原子存储波段（780nm）与光纤通信波段（1560nm）的双色连续变量纠缠做准备。
　　本文的主要工作如下：首先概述了倍频与研究进展，介绍了谐振倍频的基本理论与实验方法等。其次通过蝶型四镜环形腔及PPMgO:LN倍频，得到了1.5W的780nm激光，倍频转化效率为73％。水平方向谐波的M2因子是1.02，竖直方向是1.03，30min功率方均根起伏<1.2%，频率连续调谐范围>950MHz。再其次，为了降低谐振倍频的线性损耗，提高谐振腔的机械稳定性，我们设计了PPKTP半整体腔以及半整体腔的腔体部分，讨论了晶体曲面曲率半径和腔镜曲率半径的选取问题。在半整体腔结构下倍频得到了1.6W的谐波输出，对应的效率是77%。其M2因子为水平方向1.04，竖直方向1.03，30min功率方均根起伏<0.5%，频率连续调谐范围与蝶型四镜环形倍频腔相同。

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第一章 引言

1.1 激光倍频概述

1.2 1560nm激光倍频的研究背景

1.3 论文的内容安排

第二章 二次谐波产生的理论和实验概述

2.1 倍频过程的耦合波方程

2.2 聚焦高斯光束倍频

2.3 相位匹配与准相位匹配

2.4 谐振腔

2.5 倍频过程中的非线性相移

2.6 小结

第三章 蝶型四镜环形腔1560nm连续激光谐振倍频

3.1 1560nm单频连续激光源

3.2 环形谐振倍频腔

3.3 蝶型四镜环形腔倍频实验结果与分析

3.4 小结

第四章 半整体腔1560nm连续激光谐振倍频

4.1 半整体谐振倍频腔

4.2 半整体腔倍频实验结果与分析

4.3 小结

第五章 总结与展望

附录：半整体腔腔体图纸

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

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