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1、1ZGPOPO產(chǎn)生產(chǎn)生4.3?m波段窄線寬激光實驗研究波段窄線寬激光實驗研究?卞進田，葉慶，孫曉泉（國防科技大學脈沖功率激光技術國家重點實驗室，安徽合肥230037）摘要：為了設計4.3?m波段大功率窄線寬中紅外激光器，開展了2.7?m激光抽運ZGP晶體光參量振蕩(OPO)技術產(chǎn)生4.3?m波段窄線寬激光實驗研究，對實驗結果開展了詳細的分析。抽運源為1064nm抽運的KTPOPO激光器輸出的2.7?m波段參量激光，KTPOPO采用單諧振

2、結構，將兩塊相同的KTP晶體光軸相向放置以補償走離效應，KTP晶體按?=0?，?=62?切割以獲得波長2.7?m波段激光輸出，采用Ⅱ(B)類相位匹配（o→oe）以利用較大的非線性系數(shù)。ZGPOPO采用單諧振結構，采用Ⅱ(B)類相位匹配（o→oe）以獲得窄線寬輸出，ZGP晶體按?=0?，?=68?切割以獲得波長4.3?m波段激光輸出。在抽運光波長2.7?m，脈沖能量為7.5mJ，脈寬8.6ns的條件下，獲得脈沖能量2.12mJ，線寬30n

3、m，脈寬8.7ns的4.26?m激光輸出，光光轉換效率約為28.3%，斜效率約為32.6%，水平和垂直方向的光束質(zhì)量M2分別為6.2和13.5。關鍵詞：激光器；4.3?m激光；單諧振光參量振蕩器；ZGP晶體中圖分類號：TN248.1文獻標識碼：A文章編號：ZGPOpticalParametricOscillat4.3?mLaserwithNarrowLinewidthBIANJintianYEQingSUNXiaoquan（StateK

4、eyLabatyofPulsedPowerLaserTechnologyNationalUniversityofDefenseTechnologyHefeiAnhui230037China）Abstract:Indertodesignhighpowernarrowlinewidth4.3?mlaserthenarrowlinewidth4.3?mlaserisobtainedbyZGPopticalparametricoscillati

5、on(OPO)pumpedbya2.7?mlaser.Theexperimentalresultsareanalyzedindetail.Thepumpsourceisa2.7?mKTPOPOlaserpumpedbya1.064?mNd:YAGlasertheOPOissinglyresonated.TwoidenticalKTPcrystalsareplacedwithoppositeopticalaxistocompensatet

6、hewalkoffeffect.TheKTPcrystalsarecutas?=0?=62?togenerate2.7?mwaveblaser.ToutilizethelargeeffectivenonlinearcoefficientthephasematchingisbasedontypeⅡ(B)(o→oe).TheZGPOPOissinglyresonatedtoo.Tooutputnarrowlinewidthlaserthep

7、hasematchingisbasedontypeⅡ(B)(o→oe).TheZGPcrystaliscutas?=0?=68?togenerate4.3?mlaser.Theenergyofthe2.7?mlaseris7.5mJwithapulseof8.5nslinewidth12nm.Pulseenergyof2.12mJat4.26?mwithanopticalopticalconversionefficiencyof28.3

8、%aslopefficiencyof32.6%isobtainedthepulsewidthis8.7nsthelinewidthis30nm.ThebeamqualitiesM2ofhizontalverticaldirectionsare6.213.5respectively.Keywds：lasers4.3?mlaserthesingleresonantopticalparametricoscillationZGPcrystal?

9、收稿日期：收稿日期：2018XXXX基金項目：基金項目：脈沖功率激光技術國家重點實驗室主任基金（KY13C162）作者簡介：作者簡介：卞進田（1979－），男，湖南華容人，副研究員，博士，Email：bianjt@中紅外3?5μm波段處于大氣紅外窗口，該波段激光在光譜學、遙感、醫(yī)療、環(huán)保等領域具有重要的應用價值和前景[123]，尤其是在軍事領域的應用潛力，使得該波段激光成為目前各國研究的熱點[45]。由于光參量振蕩(簡稱OPO)技術可提

10、供寬的連續(xù)調(diào)諧，結構小巧緊湊，可連續(xù)或高重頻脈沖輸出數(shù)瓦(至幾十瓦)級功率的中紅外激光。OPO技術實現(xiàn)中紅外激光輸出成了現(xiàn)階段的最佳選擇?？捎糜谥屑t外OPO激光輸出的晶體有ZnGeP2(簡稱ZGP)、3匹配Fig.1ZGPOPOtuningacteristics:(a)typeI(b)typeII由圖可見，采用2.7?m激光泵浦的兩種匹配方式輸出波長均可覆蓋3~12?m波段，充分利用了ZGP晶體的透光波段，相比之下，2.7?m泵浦Ⅱ類匹

11、配方式ZGPOPO的調(diào)諧曲線在4~5?m波段較平坦，有利于窄線寬輸出。1.2單諧振光參量振蕩器振蕩閾值ZGPOPO閾值的分析主要應用Brosnan及Byer的經(jīng)典理論模型[16]。在該模型中，定義單諧振OPO信號光能量100?J時泵浦光的輸入能量密度作為OPO的振蕩閾值(閾值時信號光功率為初始噪聲功率的e33倍)，其閾值能量密度可表示為：(5)22222.253312lnln4(1)thseffcLJlgLR??????????????

12、??式中，?為泵浦光脈沖半高寬，為泵浦光?場后向與前向振幅之比，L為OPO腔光學長度，c為光速，為晶體對信號光吸收系數(shù)，l?為晶體長度，R為OPO腔鏡對信號光一次往返反射率，為增益系數(shù)，可表示為：?(6)2302sieffsipdnnnc?????其中?s、?i分別為信號光及閑頻光角頻率，deff為有效非線性系數(shù)，ns、ni、np分別為信號光、閑頻光、泵浦光折射率，?0為真空介電常數(shù)。gs為模式耦合系數(shù)：(7)222sppswwwg??

13、其中wp和ws分別為泵浦光和信號光半徑，對于高斯光束有：(8)0222262?????????psswwwL??Leff為有效增益長度：(9)2effwwlLlerfl????????其中erf為誤差函數(shù)，為走離距離：wl(10)222222ppswpswwwlww?????其中為走離角。?閾值公式的物理意義可解釋為在閾值條件下增益等于損耗。其中第一項對應脈沖建立過程中的損耗，第二項和第三項分別對應晶體吸收損耗和腔結構的耦合輸出損耗，最

14、后一項對應于雙通泵浦過程的損耗。2實驗裝置實驗采取雙OPO結構，第一級OPO為Nd:YAG調(diào)Q輸出1.064?m激光（10Hz，10ns）泵浦KTPOPO產(chǎn)生的2.7?m波段激光，第二級OPO為2.7?m波段激光泵浦ZGPOPO產(chǎn)生4.3?m波段激光，實驗裝置如圖2所示。Nd:YAGKDPM1M2M3HeNeNd:YAGM4M5M6M10M9望遠鏡ZGPM12M13M14M11KTPM7KTPM8圖2KTPOPO泵浦ZGPOPO實驗裝置