中近红外连续波可调谐内腔PPLN光学参量振荡器研究

摘要

1.4～1.6μm近红外人眼安全波段和3～5μm中红外波段的相干光源在光谱学、医疗、遥感和激光多普勒雷达等诸多方面有着广泛而重要的应用。近年来,随着非线性晶体周期极化铌酸锂(periodically poled lithium niobate,PPLN)制作工艺的成熟和全固态激光器技术的进步,准相位匹配光学参量振荡器(quasi-phase-matching optical parametric oscillator,QPM-OPO)成为获得这两个波段光源的有效方法。
　　 本论文设计并实验研究了以808nm半导体激光器(laser diode,LD)端泵的1064nm Nd:YVO4激光器为泵浦源,PPLN晶体为非线性介质的连续波(continuous-wave,CW)内腔单谐振光学参量振荡器(intra-cavity singly resonantoscillator,ICSRO)。采用内腔结构,通过合理的谐振腔设计,实现了SRO低阈值、高效率的连续波运转,得到了可调谐的,最大功率分别为2.21W和960mW的近红外人眼安全波段信号光和中红外闲频光输出。主要内容和创新点归纳如下:
　　 1.在分析多模泵浦连续波ICSRO的动力学模型的基础上,给出了优化信号光和闲频光输出功率的具体方法,为实现ICSRO高效率和低阈值的连续波运转及获得高功率、高效率的信号光和闲频光输出作了动力学理论基础；
　　 2.为克服激光增益介质中热透镜效应对腔内泵浦激光模式的影响,实现ICSRO高效率、高光束质量、稳定的连续运转,根据光学谐振腔的图解分析与设计方法和实测得到的热透镜焦距对泵浦激光谐振腔进行了详细的热稳腔设计；
　　 3.计算了1064nm泵浦激光和信号光的腔内传输。为减少衍射损耗、降低SRO阈值、提高转换效率,通过谐振腔设计实现了激光产生过程中LD泵浦光和1064nm激光以及OPO过程中1064nm泵浦激光和信号光的光斑尺寸匹配；
　　 4.计算了PPLN—OPO温度调谐和周期调谐的理论曲线,并对CW-ICSRO进行了实验研究,实现了高效的连续波近红外信号光和中红外闲频光可调谐输出。信号光调谐范围1401～1513nm,17.1W的最大LD泵浦功率下在波长1500nm处获得了最大输出功率2.21W,光-光转换效率12.9％,闲频光调谐范围3.66～4.22μm,17.1W LD功率下在3.66μm处得到了最大输出功率960mW,光-光转换效率为5.6％,25.4％的LD光子最终转化为闲频光输出。

目录

文摘

英文文摘

第一章 综述

1.1 准相位匹配光学参量振荡器简介

1.1.1 光学参量振荡器简介

1.1.2 准相位匹配技术简介

1.2 1.4~1.6μm人眼安全波段光源的研究意义和现状

1.3 3～5μm中红外PPLN-OPO的研究意义和现状

1.4 本论文研究内容

第二章 多模泵浦连续波ICSRO的动力学研究

2.1 连续波ICSRO动力学模型

2.2 三波互作用耦合波方程

2.3 多模泵浦连续波ICSRO的动力学特性分析

2.4 连续波ICSRO的稳态功率特性及优化

2.4.1 连续波ICSRO的稳态功率特性

2.4.2 连续波ICSRO稳态功率的优化

第三章 ICSRO的谐振腔设计优化及PPLN-OPO调谐特性

3.1 ICSRO谐振腔的设计与优化

3.1.1 端面泵浦Nd:YVO4激光器中的热透镜效应

3.1.2 传输圆图解简介

3.1.3 热稳腔理论

3.1.4 ICSRO的谐振腔设计

3.2 PPLN-OPO的调谐特性

3.2.1 PPLN-OPO调谐理论

3.2.2 PPLN-OPO温度调谐和极化周期调谐理论曲线

第四章 连续波内腔单谐振PPLN-OPO的实验研究

4.1 近红外信号光输出的实验研究

4.1.1 实验装置

4.1.2 温度调谐实验研究

4.1.3 极化周期调谐实验研究

4.2 中红外闲频光输出的实验研究

全文总结

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢