基于逆阶梯脉冲的OPO转换效率研究

发布时间：2020-06-07 22:05

【摘要】：以800 nm波段为代表的“光疗窗口”因其高皮肤透过率在医疗领域有重要应用,相较于昂贵的掺钛蓝宝石激光器,光学参量振荡器(OPO)因其光谱精度高、非线性晶体价格低廉等优势,逐渐成为获取“光疗窗口”的有效替代手段。本文提出了一种基于受激布里渊散射(SBS)脉冲时域整形技术获取逆阶梯泵浦脉冲提高OPO能量转换效率的方案,对完善OPO转换效率理论、拓展SBS技术及高功率固体激光器的应用具有重要意义。本文的主要研究内容如下:理论部分,基于OPO的一维瞬态耦合波方程构建了用于数值仿真有限差分格式,并分析了输出镜信号光反射率、峰值功率和泵浦光时域波形对转换效率的影响。同时,通过等峰值功率图和等脉冲能量图分析了逆阶梯脉冲的波形参数(脉宽比、功率比、上升沿时间和尾沿时间)对转换效率的影响,并给出了高功率OPO最优脉冲波形参数的选取方法。实验部分,基于7.6 ns、1 Hz、1064 nm的单纵模氙灯泵浦激光器分别开展了SBS时域整形技术获取逆阶梯脉冲及逆阶梯脉冲泵浦OPO实验。在SBS实验中,使用聚焦透镜焦距为+300 mm、相互作用长度为15 cm、SBS介质为FC-770的紧聚焦单池SBS结构,获得了斜效率为79.4%的陡前沿逆阶梯脉冲。在OPO实验中,通过SBS产生装置、行波放大器及倍频晶体的组合调制用于OPO泵浦的532 nm逆阶梯脉冲,非线性晶体选用尺寸为6×6×10 m~3的KTP晶体,相位匹配方式为XZ面的的Ⅱ类相位匹配,选用信号光反射率为50%的双程泵浦结构,最终获得28.2%的信号光输出。
【图文】：

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文第 1 章 绪 论1.1 课题的研究背景及意义在医学领域，研究人员将皮肤透过率最大的波段 620-850mm，称之为“光疗口”[1-3]。对于“光疗窗口”波段的典型应用就是光动力疗法（PhotodynamicTherapPDT），光动力疗法是一种有光明前景的治疗手段，可以是用来治疗癌症（如消道和食道癌、头颈部病变、肺及恶性胸膜间皮瘤、宫颈癌、膀胱癌、非黑色素瘤肤癌、基底细胞癌等）和非感染性疾病（如白癜风、黄斑变性和银屑病等）[1-5]和传统的治疗方法相比，光动力疗法具有副作用小、治疗时间短、愈后疤痕小等点[3]，是对常规治疗手段的有益革新。

过周期性地改变非线性晶体的特性，使其每个周期内的技术在克服走离效应的同时，，也因为不需要角度相位匹配充分利用晶体的非线性系数，有利于获得高效输出。常用极化铌酸锂（Periodically Poled Lithium Niobate, PPLN）[极化铌酸锂（MgO:PPLN）[21-25]、周期性极化钽酸锂（Pertalate, PPLT）[25-27]、周期性极化磷酸氧钛钾（PeriodicallyPo29]等晶体，但是周期性晶体加工精度高、制作工艺复杂、，不适合在高功率领域使用。泵浦 OPO 技术秒脉冲或更窄的飞秒脉冲泵浦 OPO 而言，泵浦脉冲的持往返一次的时间，因而信号光难以建立，此时可使用同步[24,30]解决问题，实验结构如图 1-3 所示。通过控制信号光其在开始第二次往返过程时与下一发注入谐振腔的泵浦光以输出，由于谐振腔长度的限制，泵浦光的重复频率一般法对于低重频的高功率激光也并不适用。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN248

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本文编号：2702064