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《天津大学》 2007年 博士论文
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共线准相位匹配光学参量过程的研究

张铁犁  
【摘要】: 准相位匹配技术(QPM)是非线性光学频率变换领域中的一个重要组成部分,以其转换效率高、调谐方式灵活的特点受到众多科学家的青睐。基于共线准相位匹配的光学参量过程(包括光学参量振荡OPO和光学参量产生OPG)是获得高效可调谐光源的重要手段之一。利用共线QPM-OPO/OPG,可以使以往传统双折射相位匹配无法达到的目标成为可能,使可调谐光源更好地为其他科研领域和应用领域服务。本文的研究工作集中在利用共线QPM-OPO或OPG实现可调谐的双波长激光、近红外激光、中红外激光、窄线宽激光几个方面,这些激光器在气体检测、污染监测、军事红外对抗、通信、科学研究等方面具有重要的应用前景。 本文的主要内容及创新点归纳如下: 1.在理论上提出反向倒格矢的概念,对-1阶准相位匹配过程的调谐特性进行分析和计算,并引入后向波OPO的概念,对共线准相位匹配参量互作用的各种匹配形式进行系统总结,给出在各匹配形式下共线准相位匹配的周期调谐特性; 2.对QPM双信号光OPO进行理论与实验研究。考虑泵浦光焦点位置对双信号光输出功率比例的影响,给出双信号光OPO中获得同比例输出的条件。采用双周期极化晶体,共用一个OPO谐振腔,通过温度和周期调谐,可以获得波长间隔在2.5 nm~69.1 nm间调谐的双波长。在重复频率50kHz、泵浦功率为3W时,双信号光的平均输出功率最高可达169.6mW。这是首次将周期极化晶体应用到双晶体双信号光QPM-OPO的实验研究; 3.进行种子注入锁定共线QPM-OPO的实验研究。首先采用半导体单端泵浦环行腔单频1064nm Nd:YVO4激光器,获得9W连续输出的单频1064nm激光,光-光转换效率为36.6%。功率水平在单端泵浦的单频激光器方面处于国内领先水平。然后在激光器中,加入声光Q开关提高峰值功率,泵浦种子注入锁定的共线QPM-OPO,获得1510nm~1630.8nm的可调谐窄线宽相干光,输出线宽达到测量仪器的分辨极限0.06nm,信号光的平均输出功率最高可达56.9mW; 4.对半导体泵浦的准相位匹配内腔OPG进行理论与实验研究。根据光学参量产生的耦合波方程以及声光Q开关运转的四能级系统速率方程,分析内腔OPG过程的动态特性以及输入输出特性。并采用Nd:YVO4晶体为激光介质,以PPLN为非线性晶体进行了准相位匹配内腔光学参量振荡的实验研究,实验获得1.497~1.517μm的可调谐激光输出,最高平均输出信号光功率达330mW,从半导体泵浦光到信号光的转换效率达5.5%; 5.采用PPMgLN晶体,进行室温运转中红外QPM-OPO的实验研究。在室温情况下,获得超过1W的3.629μm中红外相干光,转换效率达到26.7%。


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