超低阈值集成化中红外连续内腔光参量振荡器

发布时间：2017-07-05 18:25

  本文关键词：超低阈值集成化中红外连续内腔光参量振荡器

  更多相关文章： 光参量振荡器 中红外 内腔 连续波 弛豫振荡抑制 工程样机

【摘要】：3微米到5微米中红外激光在很多领域都有着重要应用,但是常规固态激光介质难以覆盖这一波长范围。因此利用光参量振荡器,通过非线性光频率转换产生中红外激光成为人们研究的热点。本文研究了内腔光参量振荡器(下文简称IOPO),通过将光参量过程集成于抽运激光腔内,实现了抽运光和信号光的同时共振,与常用的腔外泵浦方式相比大大降低了阈值。同时采用小孔限模、腔内插入倍频晶体等方式解决了连续波IOPO中的功率波动和弛豫振荡等问题,实现了稳定、可调谐中红外输出。本文对连续工作的IOPO开展了系统的研究,主要内容总结为以下几个部分：1.中红外IOPO的研究背景,包括中红外激光的几种产生方式的对比和构建IOPO的基本思路。2.准相位匹配光参量振荡器的理论基础。介绍了参量振荡过程的增益系数和阈值条件的理论推导；基于周期极化晶体的准相位匹配技术原理；对QPM-OPO的波长温度调谐和周期调谐进行了数值模拟。3.内腔参量振荡器的理论实验研究。对IOPO的谐振腔几何设计的进行了优化,实现了对腔内的热效应有效管理,获得了阈值仅为瓦级的可调谐中红外相干光源。4.连续波IOPO稳定性的研究。对连续波IOPO中的弛豫振荡等问题进行了深入分析,采用以下解决方案：(1)使用光阑限模,抑制高阶模振荡；(2)在腔内加入KTP晶体,利用二次谐波产生(SHG)过程的非线性损耗抑制弛豫振荡。获得了稳定的连续波中红外输出,输出功率波动标准偏差RMS=0.52%,峰值波动范围为1.8%,,弛豫振荡得到有效抑制。5.在实验装置的基础上,根据实际需求,合理设计光学参数和光电元器件结构分布,综合考虑系统稳定与散热性能,设计了具有实际应用价值的光参量振荡器工程样机。
【关键词】：光参量振荡器 中红外 内腔 连续波 弛豫振荡抑制 工程样机
【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】：TN753.91
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 引言11-12
• 1.2 中红外激光的产生方法及应用12-13
• 1.3 光学参量振荡器概述13-14
• 1.4 光参量振荡器的分类14-15
• 1.5 非线性光学相位匹配与准相位匹配15-17
• 1.5.1 相位匹配的一般概念15-16
• 1.5.2 准位相匹配16-17
• 1.6 中红外波段非线性材料17-19
• 1.7 本论文的研究背景与研究内容19-20
• 第二章 准相位匹配光参量振荡器理论20-33
• 2.1 三波耦合方程一般解20-23
• 2.2 增益系数与阈值条件23-27
• 2.3 准相位匹配技术原理27-30
• 2.4 准相位匹配光参量振荡器的波长调谐30-33
• 2.4.1 温度调谐30-32
• 2.4.2 周期调谐32-33
• 第三章 连续波内腔光参量振荡器的研究33-48
• 3.1 内腔光参量振荡器概述33-35
• 3.1.1 内腔光参量振荡器的特点33-35
• 3.1.2 内腔光参量振荡器的发展35
• 3.2 连续波内腔光参量振荡器的设计35-43
• 3.2.1 激光增益介质35-37
• 3.2.2 Nd：YVO_4晶体的热透镜效应研究37-41
• 3.2.3 谐振腔设计41-43
• 3.3 实验研究43-47
• 3.3.1 实验装置43-44
• 3.3.2 实验结果44-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第四章 连续波内腔光参量振荡器的性能改善48-55
• 4.1 连续波内腔光参量振荡器运转中存在的问题48-49
• 4.2 实验装置49-50
• 4.3 实验结果50-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第五章 OPO样机工程化55-61
• 5.1 小型纳秒外腔光参量振荡器工程样机55-58
• 5.2 连续波内腔光参量振荡器工程样机58-60
• 5.3 本章小结60-61
• 第六章 总结与展望61-62
• 参考文献62-73
• 攻读硕士学位期间学术成果73-75
• 致谢75-76

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本文编号：523082