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基于板条放大器的连续波单频和皮秒光学参量振荡器研究

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摘要

第一章 绪论

§1.1 论文背景

§1.2 中红外(2-5μm)产生途径

§1.2.1 稀土离子或过渡金属掺杂晶体直接产生

§1.2.2 铅盐半导体激光器或半导体量子级联激光器

§1.2.3 光参量振荡产生

§1.3 激光功率放大技术

§1.3.1 LD端泵多级放大

§1.3.2 掠入射侧泵放大

§1.3.3 光纤放大

§1.3.4 薄片放大

§1.3.5 Innoslab 放大

§1.4 Innoslab 放大器研究进展

§1.4.1 连续波/单频Innoslab放大器

§1.4.2 亚纳秒/皮秒/飞秒Innoslab放大器

§1.4.3 国内研究现状

§1.5 本论文主要研究内容

参考文献

第二章 板条放大与光参量振荡的基础理论

§2.1 板条放大的Frantz-Nodvik方程

§2.2 位相匹配基础理论简介

§2.2.1 双折射位相匹配

§2.2.2 准位相匹配

§2.3 光参量振荡基础理论

§2.3.1 连续波OPO

§2.3.2 皮秒同步泵浦OPO

§2.4 本章小结

参考文献

第三章 连续波单频Innoslab放大器研究

§3.1 连续波单频种子源

§3.2 种子光光斑整形系统

§3.2.1 Gaussian Ray Bundle方法与ABCD矩阵

§3.2.2 用Gaussian Ray Bundle方法设计整形系统

§3.3 连续波单频Innoslab放大器工作特性

§3.3.1 温度场分布模拟

§3.3.2 单频Innoslab放大器激光放大特性

§3.4 本章小结

参考文献

第四章 皮秒激光Innoslab放大器研究

§4.1 皮秒种子源激光特性

§4.1.1 皮秒种子源激光器结构

§4.1.2 皮秒种子源激光器运转特性

§4.2 皮秒种子光光斑整形系统

§4.2.1 竖直方向腔模匹配

§4.2.2 水平方向光束传输模拟

§4.3 皮秒Innoslab放大器工作特性

§4.3.1 功率放大特性

§4.3.2 放大前后线宽和脉宽的变化

§4.3.3 放大后光斑

§4.3.4 功率稳定性

§4.4 本章小结

参考文献

第五章 Innoslab放大器泵浦的连续波单频OPO实验研究

§5.1 泵浦光整形与环形腔OPO谐振腔设计

§5.2 单频OPO运转特性

§5.2.1 单频OPO功率输出特性

§5.2.2 单频OPO波长调谐特性

§5.2.3 OPO单频技术

§5.2.4 闲频光的光束质量

§5.3 本章小结

参考文献

第六章 Innoslab放大器泵浦的皮秒OPO实验研究

§6.1 宽调谐皮秒同步泵浦OPO

§6.1.1 OPO腔型设计

§6.1.2 OPO运转特性

§6.2 信号光脉冲重频倍增皮秒OPO

§6.2.1 OPO腔型设计

§6.2.2 OPO运转特性

§6.3 本章小结

参考文献

第七章 论文总结与展望

§7.1 主要研究成果及创新点

§7.2 本论文不足及展望

致谢

攻读学位期间参与的项目及发表的学术论文

附发表论文两篇

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摘要

连续波单频以及皮秒2-5μm波段中红外激光在分子光谱学、大气污染检测、危险品探测、工业加工、军事、医疗等领域具有广泛而重要的应用。而Innoslab放大器在热管理、增益、非线性效应等各方面均有上佳表现,是一种重要的激光放大技术。本论文基于Nd∶YVO4 Innoslab连续波单频放大器和皮秒放大器,利用MgO∶PPLN作为非线性晶体,研究了宽调谐连续波单频OPO和皮秒同步泵浦OPO运转特性。主要内容如下:
  1.介绍了2-5μm波段中红外激光的产生方法,重点介绍了利用光学超晶格OPO获得该波段激光的国内外进展以及Innoslab放大器的研究现状。
  2.简要介绍了板条放大的Frantz-Nodvik方程、准位相匹配原理、连续波以及皮秒同步泵浦OPO三波耦合方程。
  3.以光纤耦合LD泵浦的环形腔连续波单频振荡器作为种子源,利用Gaussian Ray Bundle方法结合光线追迹算法对种子光在板条内的传输进行模拟,采用有限差分法计算了板条内的温度场分布,实验上研究了LDA泵浦的Nd∶YVO4 Innoslab连续波单频放大器工作特性。
  4.搭建LD泵浦Nd∶YVO4/SESAM被动锁模皮秒激光振荡器作为种子源,利用Gaussian Ray Bundle方法对光束进行建模并指导光束整形设计,研究了LDA泵浦的Nd∶YVO4 Innoslab皮秒放大器工作特性。
  5.以Nd∶YVO4 Innoslab连续波单频放大器输出激光作为泵浦源,MgO∶PPLN作为非线性晶体,进行了宽调谐连续波单频OPO实验研究。
  6.以Nd∶YVO4 Innoslab皮秒放大器输出激光作为泵浦源,MgO∶PPLN作为非线性晶体,进行了皮秒同步泵浦OPO实验研究。
  国内Innoslab放大器方面的研究不是很多,而采用Innoslab放大器泵浦的OPO实验研究工作开展的更少。本论文对于国内该领域研究工作的进一步深入开展具有很好的参考价值和推动作用。

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