连续波至纳秒脉冲光学参量振荡器的研究

【摘要】：光学参量振荡器是产生具有高度相干性的可调谐辐射的器件。随着激光器和二阶非线性晶体的科学和技术的进步,光学参量振荡器的理论和技术也逐渐得到发展。本论文主要从理论和实验上研究了连续波至纳秒脉冲光学参量振荡器的特性。论文中的主要工作如下所述。 利用格林函数法和微扰法发展了单通相互作用的光学参量振荡器的阈值和效率的一般化分析理论。泵浦波和非共振的闲置波的电场强度被表示成有效二阶非线性系数的级数形式。文中考虑了基模椭圆高斯光束、光束的衍射效应、任意强度的聚焦、任意焦点位置、相位失配、光束走离、小的线性吸收系数等。结果适合于描述稳态运行、一般化共线相位匹配的光学参量振荡器。 推导了内腔连续波单共振光学参量振荡器的光强特性的平面波理论。发展了内腔连续波单共振光学参量振荡器的功率特性的高斯光束理论,该理论更确切地描述了这类光学参量振荡器的特性。将激光谐振腔内的二阶非线性相互作用视为激光器的一种输出损耗,求解描述激光器特性的方程,得到激光器的非线性反射率和内腔连续波单共振光学参量振荡器的信号波和闲置波的光强或功率特性。在平面波理论中,考虑了准三能级、四能级激光增益介质的端面泵浦特性,对于环行腔结构的内腔连续波单共振光学参量振荡器,分析了其在平均场和非平均场近似条件下的特性,而对于驻波腔结构的内腔连续波单共振光学参量振荡器,分析了其在平均场近似条件下的特性。在高斯光束理论中,考虑了四能级激光增益介质的端面泵浦特性,分析了平均场近似条件下驻波腔结构的内腔连续波单共振光学参量振荡器的特性。 发展了稳态运行、具有腔内光放大的环形腔单共振光学参量振荡器的功率特性的高斯光束理论。在这种结构的单共振光学参量振荡器中,适当地选择光放大器的参数,可以很大程度地降低单共振光学参量振荡器的泵浦阈值。在平均场近似下,无二阶非线性交叉耦合作用、具有腔内光放大的环形腔单共振光学参量振荡器的工作范围分为四个工作区域,且存在最小的单共振光学参量振荡器的泵浦阈值。分析中考虑了作为光放大器的激光增益介质的端面泵浦特性以及一般化单共振光学参量振荡器的特性。 推导了描述以Cr~(4+):YAG 作为饱和吸收体和激光增益介质、被动Q 开关运行的Nd:YAG 激光器谐振腔内泵浦的Cr~(4+):YAG 激光器和单共振光学参量振荡器的动力学特性的速率方程。适当条件下作为激光增益介质的Cr~(4+):YAG 同时具有对二阶非线性作用过程产生的处于Cr~(4+):YAG 激光增益谱范围内的SRO 信号波的放大作用。分析中