共线准相位匹配光学参量过程的研究

摘要

准相位匹配技术（QPM）是非线性光学频率变换领域中的一个重要组成部分，以其转换效率高、调谐方式灵活的特点受到众多科学家的青睐。基于共线准相位匹配的光学参量过程（包括光学参量振荡OPO和光学参量产生OPG）是获得高效可调谐光源的重要手段之一。利用共线QPM-OPO/OPG，可以使以往传统双折射相位匹配无法达到的目标成为可能，使可调谐光源更好地为其他科研领域和应用领域服务。本文的研究工作集中在利用共线QPM-OPO或OPG实现可调谐的双波长激光、近红外激光、中红外激光、窄线宽激光几个方面，这些激光器在气体检测、污染监测、军事红外对抗、通信、科学研究等方面具有重要的应用前景。 本文的主要内容及创新点归纳如下： 1.在理论上提出反向倒格矢的概念，对-1阶准相位匹配过程的调谐特性进行分析和计算，并引入后向波OPO的概念，对共线准相位匹配参量互作用的各种匹配形式进行系统总结，给出在各匹配形式下共线准相位匹配的周期调谐特性； 2.对QPM双信号光OPO进行理论与实验研究。考虑泵浦光焦点位置对双信号光输出功率比例的影响，给出双信号光OPO中获得同比例输出的条件。采用双周期极化晶体，共用一个OPO谐振腔，通过温度和周期调谐，可以获得波长间隔在2.5 nm～69.1 nm间调谐的双波长。在重复频率50kHz、泵浦功率为3W时，双信号光的平均输出功率最高可达169.6mW。这是首次将周期极化晶体应用到双晶体双信号光QPM-OPO的实验研究； 3.进行种子注入锁定共线QPM-OPO的实验研究。首先采用半导体单端泵浦环行腔单频1064nm Nd：YVO4激光器，获得9W连续输出的单频1064nm激光，光-光转换效率为36.6％。功率水平在单端泵浦的单频激光器方面处于国内领先水平。然后在激光器中，加入声光Q开关提高峰值功率，泵浦种子注入锁定的共线QPM-OPO，获得1510nm～1630.8nm的可调谐窄线宽相干光，输出线宽达到测量仪器的分辨极限0.06nm，信号光的平均输出功率最高可达56.9mW； 4.对半导体泵浦的准相位匹配内腔OPG进行理论与实验研究。根据光学参量产生的耦合波方程以及声光Q开关运转的四能级系统速率方程，分析内腔OPG过程的动态特性以及输入输出特性。并采用Nd：YVO4晶体为激光介质，以PPLN为非线性晶体进行了准相位匹配内腔光学参量振荡的实验研究，实验获得1.497～1.517μm的可调谐激光输出，最高平均输出信号光功率达330mW，从半导体泵浦光到信号光的转换效率达5.5％； 5.采用PPMgLN晶体，进行室温运转中红外QPM-OPO的实验研究。在室温情况下，获得超过1W的3.629μm中红外相干光，转换效率达到26.7％。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1准相位匹配技术概述

1.2准相位匹配光学参量振荡技术发展现状

1.3国内外QPM-OPO领域的研究机构

1.4论文的主要内容

第二章共线准相位匹配光学参量过程理论分析

2.1非线性相互作用的耦合波方程

2.2准相位匹配技术的基本原理

2.3 -1阶准相位匹配光参量过程的理论分析

2.4后向波准相位匹配光参量过程的理论分析

2.5本章小结

第三章双信号光光学参量振荡的实验研究

3.1双信号光OPO的输出特性分析

3.2双信号光OPO实验及结果

3.3本章小结

第四章种子注入锁定光学参量振荡的实验研究

4.1 OPO单频泵浦源的实验研究

4.2种子注入锁定PPLN-OPO的实验研究

4.3本章小结

第五章准相位匹配内腔光学参量产生的实验研究

5.1内腔光学参量产生的理论研究

5.2准相位匹配内腔光学参量产生的实验研究

5.3本章小节

第六章室温运转中红外光学参量振荡的实验研究

6.1中红外激光的综述

6.2室温运转中红外PPMgLN-OPO的实验研究

6.3本章小节

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢