基于光学超晶格的皮秒脉冲宽调谐激光器

发布时间：2017-04-04 21:10

  本文关键词：基于光学超晶格的皮秒脉冲宽调谐激光器，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近红外到中红外波段激光在大气通讯、环境监测、军事、医疗等领域应用广泛。特别的,皮秒脉冲可调谐激光器由于其短脉冲与宽波长可调谐特性,在光谱分析、激光雷达等领域具有极大的应用前景,市场需要实用的皮秒可调谐激光光源。光学参量振荡(OPO)是一种良好的获得近红外到中红外波段可调谐激光的方法.近年来有诸多课题组在实验室条件下研究了更高效、更宽调谐范围的皮秒脉冲可调谐激光。本论文从获得稳定可靠的皮秒脉冲宽调谐激光光源出发,利用基于光学超晶格的OPO技术对近红外到中红外波段皮秒脉冲宽调谐激光器进行了深入研究,研制出了实用稳定的连续可调的皮秒脉冲宽调谐激光器,输出功率可达W级,为实际应用提供了可靠的光源。本文还针对难以获得高功率的3.8um长波长激光,设计了皮秒脉冲级联OPO—OPA过程,大大提高了长波长皮秒脉冲激光的转换效率。本论文的主要内容如下：1、基于光学超晶格OPO原理设计了皮秒脉冲宽调谐激光器,激光器结构紧凑,且具有较高的环境适应性。2、基于一块8通道的MgO:PPLN晶体,获得了在1.5um—4.3um波长范围内连续可调谐输出的皮秒脉冲激光,最高输出可达5W,全波段输出可达W级。通过自行搭建光束质量测量仪与脉宽测量装置测得激光器输出光束质量优异,脉冲宽度约为21ps。该激光器具有良好的稳定性,经历了1000小时运行无故障。3、设计了级联晶体,利用级联OPO—OPA过程产生高效率皮秒脉7中长波长激光,克服了OPO过程在长波长不易获得高效率、高功率激光的局限。在17.2W泵浦时,得到了2.2W的3.87um激光,相较于同等条件下仅有1.3W3.87um的普通OPO过程,光输出功率增强了69.2%。基于该级联过程产生的皮秒脉冲3.8um激光相较于普通OPO过程,理论量子效率可达到200%,本级联OPO—OPA过程为获得高功率、高效率长波长皮秒脉冲激光提供了一种可行的方案。
【关键词】：皮秒 宽调谐 中红外 光学超晶格 光学参量振荡器 同步泵浦
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN248
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 中红外激光的应用与产生方式9-11
• 1.1.1 中红外激光的应用9-11
• 1.1.2 中红外激光的产生方式11
• 1.2 皮秒同步泵浦光学参量振荡器的发展11-13
• 1.2.1 同步泵浦光学参量振荡器简介11-12
• 1.2.2 基于光学超晶格的同步泵浦超短脉冲激光12-13
• 1.3 本课题研究背景与内容13-15
• 1.3.1 本课题的研究背景13
• 1.3.2 本课题的研究内容13-15
• 第二章 原理介绍15-31
• 2.1 耦合波方程15-18
• 2.1.1 三波耦合波方程15-16
• 2.1.2 光学二次谐波产生16-17
• 2.1.3 光学参量振荡17-18
• 2.2 位相匹配理论18-22
• 2.2.1 双折射位相匹配19-21
• 2.2.2 准位相匹配(QPM)21-22
• 2.3 同步泵浦技术22-23
• 2.4 皮秒脉冲宽调谐激光器参数设计23-29
• 2.4.1 非线性晶体设计23-26
• 2.4.2 谐振腔设计26-29
• 2.5 本章小结29-31
• 第三章 激光器结构与参数31-53
• 3.1 激光器结构31-36
• 3.1.1 光路结构31-34
• 3.1.2 OPO腔长匹配34-35
• 3.1.3 晶体通道切换35-36
• 3.1.4 激光器工程设计36
• 3.2 激光器参数表征与测量36-51
• 3.2.1 激光输出功率与波长调谐36-40
• 3.2.2 光束质量40-44
• 3.2.3 脉冲宽度44-47
• 3.2.4 长时间稳定性47-51
• 3.3 本章小结51-53
• 第四章 皮秒级联增强产生3.8um激光53-59
• 4.1 3.8um激光的理论转换效率53
• 4.2 皮秒OPO-OPA级联过程设计53-55
• 4.3 皮秒OPO-OPA级联过程实验结果55-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第五章 总结与展望59-61
• 5.1 本文工作总结59-60
• 5.2 未来工作展望60-61
• 参考文献61-67
• 作者在研究生期间取得的学术成果67-69
• 致谢69-71

【参考文献】

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本文编号：285916