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红外可调谐相干光源因其广泛和重要的应用而日益成为人们研究的热点。准相位匹配光学参量振荡器(QPM-OPO)是获得可调谐红外相干光源的最便捷、最有效的方法之一。周期极化掺镁铌酸锂晶体(PPMgLN)因其优异的非线性光学性能而成为QPM-OPO的首选光参量振荡介质。基于PPMgLN的OPO具有转换效率高、输出功率大、调谐范围宽(可达1～5μm)、结构紧凑以及调谐方便等众多优点,在材料处理、环境检测、激光测距、红外干扰和对抗等众多领域有着广泛的运用,其研究前景被十分看好。
本论文依据张光寅先生主持的国家自然基金重点项目“抗光损伤近化学计量比铌酸锂晶体与全光微结构研究”(批准号:90501004)为背景选题,主要对周期极化掺镁铌酸锂光学参量振荡器(PPMgLN-OPO)的红外波段的输出特性进行了理论和实验方面详尽的研究,以LD端面抽运声光调Q Nd:YVO4激光器作为PPMgLN-OPO的抽运源,实现了低阈值、宽调谐的输出。本论文主要工作如下:
1、简单介绍了光学参量振荡器和准相位匹配技术,详细分析了PPMgLN的晶体结构和非线性光学性能,以及折射率的变化特性,对国内外PPLN-OPO和PPMgLN-OPO的研究进展和发展趋势进行了广泛的调研,以确定本文研究的重点和方向。
2、从QPM三波互作用耦合方程出发,分析了小信号条件下,光学参量振荡器的增益和阈值随腔长、透过率和脉宽等因素的变化特性,并根据相位匹配与动量守恒条件,理论上分析OPO输出波长的调谐特性,详细给出了周期调谐、温度调谐和泵浦波长调谐的条件和范围,为下一步进行实验提供了有力的依据。
3、从理论和实验上对调Q激光器的的参数进行了优化设计,获得了LD抽运源与激光晶体之间的最佳距离。对LD抽运源的光斑尺寸、激光器的腔长,以及调Q重复频率对LD抽运Nd:YVO4调Q激光器输出功率的影响进行了研究。
4、对外腔PPMgLN-OPO进行了全面的实验研究,测量了其输出功率特性和波长调谐特性。OPO选用LD端面抽运声光调Q Nd:YVO4激光器作为抽运源,实现了低阈值、宽调谐输出。在调Q重复频率为19KHz、极化周期为29.51μm时,OPO的阈值功率为78mW。当1064nm抽运光的功率为900mW时,输出的总功率为238mW,其光.光转换效率约为26.5％。通过改变晶体的极化周期(29.0～31.5μm)和温度(30～180℃),获得了信号光在1450.2～1839.0nm、相应的闲频光在2502.0,～3987.4nm波段的准连续调谐输出。信号光调谐波段宽度达到了388.8nm,闲频光则达到了1485.4nm。并测量和分析了OPO内产生的其他多种混频光波的现象和因为。
5、对内腔PPMgLN-OPO进行了介绍和实验研究,测量了常温(30℃)时其输出功率特性和输出光谱质量。在调Q重复频率为19KHz时,OPO的阈值功率为949mW。当LD的抽运功率为6.38W时,OPO的输出功率为24lmW,光.光转换效率约为3.77％