基于单模半导体激光器与Yb:KYW晶体的内腔式光参量振荡器研究

发布时间：2020-08-17 16:41

【摘要】：光学参量振荡器是产生中红外激光的一种重要方法。本论文提出并研究了一种以单模半导体激光器作为外部泵浦源,以Yb:KYW晶体和MgO:PPLN分别作为激光器增益介质和非线性材料的内腔单谐振光参量振荡器(ICSRO),其主要特点是阈值低,输出功率稳定,结构紧凑。本论文还通过数值计算的方法仿真了连续波Yb:KYW激光器和ICSRO的动力学过程,并探究了腔内非线性损耗对驰豫振荡的影响,并提出了利用双光子吸收效应来改善ICSRO功率稳定性的新方案。主要研究内容包括以下几个部分:1.数值计算了Yb:KYW激光器和基于该激光器的ICSRO的动力学特性,探究了存在腔内非线性损耗时激光器和ICSRO的驰豫振荡特性的变化,表明腔内非线性损耗可以有效抑制驰豫振荡。2.设计并搭建了单模半导体激光器泵浦的Yb:KYW激光器,该结构具有低泵浦噪声和量子缺陷的优点,并测量了其输出功率、光谱和驰豫振荡特性。3.设计并搭建了基于Yb:KYW激光器和PPLN晶体的ICSRO,测量了阈值、输出功率特性、光谱和光斑分布,详细研究了其驰豫振荡和稳态功率特性,表明其具有良好的功率稳定性。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN248.4;TN753.91
【图文】：

可以检测出气体成分和浓度。一些典型的气体分子在 3-5 μm (2000-3300 cm-1) 波段的光谱吸收特性如图1-1 所示[5]，图中灰色部分表示水蒸气的吸收，图中的吸收线强度没有考虑各种气体在大气中的组成。3-5 μm 波段也称为大气窗口，因为该波段的光在大气中具有良好的透过率，同时 C-H、N-H 和 O-H 键在该波段具有最强的振动跃迁带。因此，中红外波段在分子光谱学中具有重要的研究和应用价值。采用中红外光谱学技术，可以对常见的气体分子进行快速、高灵敏度的定性与定量检测。应用领域包括大气和环境监测、基于呼吸气体成分分析的医学诊断、室内或车内气体成分检测、产品质量监控等。同时，中红外波段的相干光源在激光通信、军事上的激光雷达、红外对抗[6]等方面均发挥着巨大的作用。

图 1-2 (a)外腔泵浦 OPO (b)内腔泵浦 OPO[22]M. Papuchon[23]等人通过激光器的半经典理论推导了单，给出了其在脉冲状态下的特性。1997 年英国圣安德小组使用 Ar 离子激光器泵浦的掺钛蓝宝石（Ti:S）激光酸锂（PPLN），实现首次 ICSRO 的运转，6 W 的 Ar 离子）产生 280 mW 的输出，波长调节范围为 2.30-3.33 μm稳定性。随后该研究小组在 M. Papuchon 等人推导的动力于四能级的增益物质，连续波单谐振内腔 OPO 的稳态输理论上指出了该结构 OPO 不会有不稳定性问题，同时指寿命、泵浦光的腔寿命和信号光的腔寿命将影响实际的 LD 泵浦的连续波 Nd:YVO4激光器和 PPLN 非线性晶体有很好的转换效率和紧凑的结构，但是有 OPO 过程相

非线性晶体产生的新的频率为3 的线偏振光信号，其示意图如图2-1。图 2-1 和频或差频产生示意图[39]当非线性相互作用不是太强的情况下，方程(2-5)右端的非线性驱动项比较小，在物

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本文编号：2795569