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BBO晶体四倍频的紫外激光器研究

胡淼  
【摘要】: 本论文采用BBO晶体和KTP晶体分别对灯泵电光调Q脉冲序列和LD泵声光调Q准连续脉冲序列进行紫外四倍频研究,并建立相应的理论模型。结果发现,BBO晶体在e光振动面上极小的倍频接受角,紫外光束严重的走离效应及非线性过程中倍频增益饱和效应将限制四倍频效率的提高,并使紫外光束质量退化。 文章对BBO晶体的非线性光学特性进行了研究,通过球面三角学计算得到单位长度BBO晶体在e光振动面上的倍频接受角△θx=0.276mrad~*cm和o光振动面上的倍频接受角△θy=46.25mrad~*cm。通过比较BBO晶体长度L和光束的有效倍频孔径长度La,将晶体的走离效应对紫外转换效率的影响分为三个范围;并修改“Heuristic theory”理论,使之更适用于强会聚绿光高斯光束的紫外四倍频过程。 对灯泵电光调Q脉冲序列和LD泵声光调Q准连续脉冲序列的紫外四倍频过程进行了实验研究。前者获得了最高单脉冲能量2.26mJ,脉冲重复频率1Hz-5Hz的紫外脉冲输出,红外光到紫外光的能量转换效率为17.8%;后者获得了最高平均功率为215mW,脉冲重复频率为15KHz的准连续紫外脉冲输出,红外光到紫外光的能量转换效率为9.8%。在此基础上,对准连续绿光光束采用柱透镜会聚入射到BBO晶体中,当入射功率为0.9W时,相比与普通正透镜会聚绿光光束14.1%的四倍频转换效率,前者获得了18.1%的四倍频转换效率和更好紫外远场光斑。 对灯泵电光调Q脉冲序列的紫外四倍频过程建立数学模型,模型考虑绿光光束在截面上光强的高斯分布,在BBO晶体中的相位失配以及紫外四倍频过程中倍频增益饱和。对LD泵声光调Q准连续脉冲序列的紫外四倍频过程建立数学模型,模型考虑绿光光束在BBO晶体中的相位失配和紫外光束严重的走离效应,还考虑了绿光光束在晶体中传播时光斑半径的实时变化。模拟结果与实验结果比较吻合。 对被动调Q和增益开关型微片激光的速率方程和实验过程进行研究,获得准连续红外激光脉冲的时间特性和频谱曲线;最后对被动调Q激光器的脉冲序列参数进行紫外四倍频的可行性分析,计算得到紫外四倍频转换效率低于1%。


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