基于雙損耗調(diào)制激光泵浦的光參量振蕩特性研究.pdf

1、非線性光學(xué)頻率變換技術(shù)作為一種獲取不同相干光波段的方法，自實(shí)現(xiàn)起就受到了人們的廣泛關(guān)注。到目前為止，多種光學(xué)非線性效應(yīng)已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)并研究，例如，多種三波相互作用過程包括倍頻、差頻、和頻、光參量振蕩等，多種四波相互作用過程包括受激拉曼散射、四波混頻、受激布里淵散射等。隨著非線性光學(xué)晶體的不斷發(fā)展，基于優(yōu)秀非線性晶體的各種光學(xué)頻率變換技術(shù)得到了研究者們的廣泛研究，其中，光參量振蕩(Optical Parametric Oscillation，

2、OPO)技術(shù)和受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering，SRS)技術(shù)作為獲取中紅外波段相干光源的有效手段而受到了研究者們更多的關(guān)注。
　　由二極管泵浦的全固態(tài)調(diào)Q和調(diào)Q鎖模激光器有著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn)，在光纖通信、激光測(cè)距、機(jī)械加工和激光醫(yī)療等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。由于單損耗調(diào)制的調(diào)Q或者調(diào)Q鎖模激光器存在著脈沖寬度較寬、脈沖峰值功率較低以及脈沖穩(wěn)定性較差等問題，其在許多領(lǐng)域的應(yīng)用受到了限制。隨著雙

3、損耗調(diào)制技術(shù)的出現(xiàn)，由二極管泵浦的全固態(tài)雙損耗調(diào)制的調(diào)Q和調(diào)Q鎖模激光極大地壓縮了脈沖寬度并提高了脈沖的峰值功率，此外脈沖的穩(wěn)定也有了很大的提高。本文即結(jié)合雙損耗調(diào)制技術(shù)與光參量振蕩技術(shù)，以此來獲得高峰值功率、窄脈寬和高穩(wěn)定性的OPO輸出。
　　本論文以半導(dǎo)體激光二級(jí)管為泵浦源，以鍵合YVO4/Nd∶YVO4為激光晶體，得到了以聲光調(diào)制器和Cr4+∶YAG雙損耗調(diào)制的調(diào)Q鎖模和調(diào)Q基頻激光，并分別以此作為泵浦源泵浦基于KTP晶體和

4、KTA晶體的OPO，此外還分別建立了耦合速率方程，通過理論模擬和分析，得到的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符;實(shí)現(xiàn)了以聲光調(diào)Q激光泵浦的同時(shí)存在的OPO和SRS運(yùn)轉(zhuǎn)，并建立了相關(guān)的耦合速率方程，其理論模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符;實(shí)現(xiàn)了基于聲光調(diào)制器和單臂碳納米管(SWCNT)可飽和吸收體雙調(diào)Q和雙調(diào)Q鎖模激光泵浦的光參量振蕩運(yùn)轉(zhuǎn)，分別得到了輸出脈寬為1.18ns信號(hào)光脈沖以及輸出脈寬僅為119ps的信號(hào)光鎖模脈沖;分別實(shí)現(xiàn)了基于聲光調(diào)制器和單層石墨烯

5、可飽和吸收體、MoS2可飽和吸收體以及WS2可飽和吸收體雙調(diào)Q激光泵浦的光參量振蕩運(yùn)轉(zhuǎn)，得到了最窄脈沖寬度分別為1.24ns、850ps以及810ps的信號(hào)光脈沖。本論文的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)總結(jié)如下:
　　(1)研究了以聲光和Cr4+∶YAG雙調(diào)Q鎖模激光泵浦的內(nèi)腔式KTP-OPO的信號(hào)光輸出特性以及隨Cr4+∶YAG的小信號(hào)透過率和信號(hào)光輸出鏡透過率的變化。研究發(fā)現(xiàn)在泵浦光功率為8.3W、聲光重復(fù)頻率為15kHz時(shí)，選擇信號(hào)光

6、輸出鏡透過率為15％、Cr4+∶YAG的小信號(hào)透過率為93％時(shí)，可以得到最窄脈寬為220ps的單個(gè)鎖模信號(hào)光脈沖。此外，理論模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。
　　(2)首次實(shí)現(xiàn)了以聲光和Cr4+∶YAG雙調(diào)Q激光泵浦的閑頻光單諧振的KTA-OPO，獲得了波長(zhǎng)分別為1535nm的信號(hào)光和3467nm的閑頻光輸出。與單聲光調(diào)Q激光泵浦的OPO相比，雙調(diào)Q激光泵浦OPO可以得到更短脈寬的信號(hào)光和閑頻光輸出，最窄脈寬分別為898ps和2.9ns。

7、此外，建立了相關(guān)參量的耦合速率方程，數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。
　　(3)首次實(shí)現(xiàn)了以聲光調(diào)Q的Nd∶LGGG激光泵浦的基于KTP晶體的同時(shí)產(chǎn)生OPO和SRS的過程，得到了波長(zhǎng)為1570nm的信號(hào)光和波長(zhǎng)分別為1093.2nm和1125.8nm的一階、二階斯托克斯光。在泵浦功率為9.25W，聲光調(diào)制器重復(fù)頻率為3kHz時(shí)，得到了375mW的信號(hào)光輸出和98mW的一階、二階斯托克斯光輸出，對(duì)應(yīng)的總的光-光轉(zhuǎn)換效率為5.1％。此外，數(shù)值

8、模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。
　　(4)首次實(shí)現(xiàn)了以聲光和SWCNT雙調(diào)Q激光泵浦的KTP-OPO運(yùn)轉(zhuǎn)。在泵浦光功率為8.3W和聲光重復(fù)頻率為20kHz時(shí)，得到了375mW的信號(hào)光輸出，對(duì)應(yīng)的光-光轉(zhuǎn)換效率為4.5％。在相同的泵浦功率和10kHz的重復(fù)頻率下，得到了最窄脈寬為1.18ns的信號(hào)光輸出。與單聲光調(diào)Q激光泵浦的KTP-OPO相比，雙調(diào)Q激光泵浦的OPO的信號(hào)光脈寬更窄、峰值功率更高、脈沖更穩(wěn)定。
　　(5)首次實(shí)現(xiàn)了以聲

9、光和SWCNT雙調(diào)Q鎖模激光泵浦的KTP-OPO運(yùn)轉(zhuǎn)。在泵浦功率為8.3W,聲光重復(fù)頻率為2kHz時(shí)，得到了信號(hào)光調(diào)Q包絡(luò)中僅有單個(gè)鎖模脈沖，最短脈沖寬度僅為119ps，對(duì)應(yīng)的最高單脈沖能量為124μJ，最高峰值功率為1.04MW。
　　(6)首次實(shí)現(xiàn)了以聲光和單層石墨烯雙調(diào)Q激光泵浦的KTP-OPO運(yùn)轉(zhuǎn)。在泵浦光功率為11.7W和聲光重復(fù)頻率為10kHz時(shí)，得到了最窄脈寬為1.24ns的信號(hào)光輸出，相應(yīng)的單脈沖能量和峰值功率分別

10、為9.5μJ和7.9kW。與單聲光調(diào)Q激光泵浦的KTP-OPO相比，雙調(diào)Q激光泵浦的IOPO可以得到更窄的脈寬和更高的峰值功率。
　　(7)通過把用液相分離法得到的層狀MoS2作為可飽和吸收體運(yùn)用到全固態(tài)1μm激光波段，在泵浦功率6.54W時(shí)，得到了最高輸出功率為1.15W，最窄脈寬為70.6ns的1064nm脈沖。此外，結(jié)合雙損耗調(diào)制技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)了以聲光和MoS2雙調(diào)Q激光泵浦的KTP-OPO運(yùn)轉(zhuǎn)。在泵浦功率為1O.2W和聲光

11、重復(fù)頻率為10kHz時(shí)，得到了183mW的信號(hào)光輸出，對(duì)應(yīng)的最窄脈寬僅為850ps。
　　(8)研究了用液相分離法得到的WS2飽和吸收體在1μm波段的吸收特性，在泵浦功率為6.54W時(shí)，得到了1.18W的脈沖輸出，對(duì)應(yīng)的最短脈沖寬度僅為53ns。然后結(jié)合雙損耗調(diào)制技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)了以聲光和WS2雙調(diào)Q激光泵浦的KTP-IOPO運(yùn)轉(zhuǎn)。在泵浦功率為10.2W和聲光重復(fù)頻率為10kHz時(shí)，得到了233mW的信號(hào)光輸出，對(duì)應(yīng)的最窄脈寬僅為8