窄線寬高功率中紅外光參量振蕩放大技術(shù)研究.pdf

1、3～5μm中紅外波段被廣泛應(yīng)用于光電對抗、大氣監(jiān)測、太赫茲場產(chǎn)生、自由空間光通信、激光醫(yī)療等國防、科研及民用領(lǐng)域。線寬壓窄、功率提高是應(yīng)用需求驅(qū)使下中紅外激光極為重要的發(fā)展方向，具有廣闊的發(fā)展前景。在高功率中紅外光參量技術(shù)(OPO)研究領(lǐng)域，基于準(zhǔn)相位匹配的PPMgLN-OPO優(yōu)勢顯著。但受抽運(yùn)光線寬和強(qiáng)抽運(yùn)下的高增益影響，OPO輸出中紅外光線寬較寬，一般為幾納米到幾十納米。另一方面，進(jìn)一步提升OPO輸出功率受到強(qiáng)抽運(yùn)能量可能造成的非線

2、性晶體和中紅外膜層損傷的限制。針對OPO在壓窄線寬和提升功率方面遇到的瓶頸，本文開展了理論和實(shí)驗(yàn)研究。
　　本文對基于PPMgLN晶體的高功率單諧振OPO進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。理論計(jì)算了單諧振PPMgLN光參量振蕩器的振蕩閾值及不同抽運(yùn)功率密度下的轉(zhuǎn)換效率;通過三波混頻的能量守恒和動(dòng)量守恒方程，計(jì)算了PPMgLN晶體溫度調(diào)諧曲線;分析了造成參量光中心波長漂移及線寬展寬的因素，理論計(jì)算了實(shí)驗(yàn)波長的線寬展寬量。優(yōu)化設(shè)計(jì)了PPMgLN-

3、OPO實(shí)驗(yàn)參數(shù)，當(dāng)PPMgLN晶體工作在105℃，抽運(yùn)功率為173W時(shí)，OPO獲得了93.6W的參量光輸出，斜效率達(dá)53.8％。1.679μm信號光和2.907μm閑頻光輸出功率分別為65.7W和27.9W。
　　以Kogelink耦合波理論得出的RBG衍射效率公式為立足點(diǎn)，討論了不同光柵厚度d、光柵的空間頻率f和折射率振幅調(diào)制度δn下，平面單色波入射時(shí)VBG的光譜選擇性和中心波長衍射效率變化規(guī)律。在優(yōu)先保證VBG光譜選擇性的前提

4、下，進(jìn)行了VBG各制備參量的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并依此訂制了OptiGrate公司的一款高光譜選擇性RBG。對PPMgLN-OPO進(jìn)行了參量光線寬壓窄實(shí)驗(yàn)研究。VBG-OPO的抽運(yùn)源為調(diào)Q的1.064μmNd:YAG激光器，在173W的抽運(yùn)功率下獲得了64.2W的參量光輸出，斜效率達(dá)37.1％。1.679μm信號光和2.907μm閑頻光輸出功率分別為35.1W和29.1W。1.679μm信號光在自由運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，線寬為1nm，在VBG-OPO中，線寬被

5、有效壓窄至0.1nm以下，理論計(jì)算的2.907μm閑頻光線寬小于1.1nm。通過調(diào)節(jié)VBG和PPMgLN的溫度，1.68μm和2.95μm參量光可分別獲得3nm和9nm的波長調(diào)諧范圍。
　　對基于PPMgLN晶體的OPA技術(shù)進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。計(jì)算了PPMgLN-OPA中各光波平均功率隨晶體長度的變化曲線，分析了最佳晶體長度的影響因素，結(jié)果表明，當(dāng)抽運(yùn)光和閑頻光波長一定時(shí)，抽運(yùn)光功率越大、閑頻光初始功率越大，最佳晶體長度越短