基于MgO:PPLN晶体的中红外差频产生激光光源研究

发布时间：2017-08-20 01:06

  本文关键词：基于MgO:PPLN晶体的中红外差频产生激光光源研究

  更多相关文章： 中红外 差频产生 准相位匹配 非线性晶体

【摘要】：大量气体分子的基带吸收处于3-5微米波段且谱线密集,利用中红外光波与物质之间的相互作用规律可实现气体的痕量检测与分析。基于准相位匹配差频产生(DFG/QPM)技术的中红外光源,因具有结构简单、调谐方便、室温运转和无阂值限制等优势,己成为光谱检测应用的首选光源。本论文基于MgO:PPLN晶体和QPM技术构建了中红外DFG光源系统,并研究了系统的宽带调谐和多波长输出特性,具体研究内容包括以下几个方面：论文首先基于三波耦合方程和QPM理论,讨论了差频转换物理过程。研究并确定了中红外DFG激光光源的总体设计方案,通过对基频光源、MgO:PPLN非线性晶体、光学耦合和差频产生等单元关键参数的优化设计,构建了中红外DFG光源系统,获得了中红外单波长差频激光输出；测试与分析了DFG系统的输出性能,实验结果显示,晶体温度匹配带宽约为4.8℃,泵浦光波长匹配带宽约为5.2nm,中红外光源波长调谐范围可达到390nm,2小时内输出功率波动小于1%。为满足多组分气体同步检测应用需求,论文还提出了一种新型的DFG多波长中红外激光光源的设计方案。采用MgO:PPLN晶体温度分段控制技术,获得了具有多峰结构的闲频光QPM调谐曲线,并且通过改变分段晶体的温度调控闲频光QPM峰位置,实现了多波长中红外DFG光源的宽带调谐输出。在以上中红外DFG光源研究基础上,论文对痕量气体的高灵敏度检测应用进行了初步探索。研究了气体微弱吸收光谱信号的提取与处理方法,提出了一种基于DFG光源的气体检测系统初步设计方案,并利用LabVIEW软件设计了数据采集系统,为中红外DFG光源的进一步实用化奠定了基础。
【关键词】：中红外 差频产生 准相位匹配 非线性晶体
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN245
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 第一章 绪论8-17
• 1.1 研究背景与意义8-11
• 1.2 中红外激光光源研究现状11-13
• 1.3 差频产生中红外激光光源13-15
• 1.4 本论文主要研究内容15-16
• 1.5 本章小结16-17
• 第二章 基于准相位匹配的差频产生理论研究17-40
• 2.1 DFG基本理论17-21
• 2.2 相位匹配技术21-29
• 2.2.1 双折射相位匹配22-25
• 2.2.2 准相位匹配25-29
• 2.3 准相位匹配接受带宽29-33
• 2.4 MgO:PPLN非线性晶体33-39
• 2.5 本章小结39-40
• 第三章 差频产生中红外光源系统设计40-58
• 3.1 中红外DFG光源总体设计40-49
• 3.1.1 基频光源40-42
• 3.1.2 光束耦合系统42-46
• 3.1.3 差频产生单元46-49
• 3.2 DFG转换效率分析49-52
• 3.3 DFG系统输出性能52-57
• 3.4 本章小结57-58
• 第四章 差频产生中红外光源的多波长输出特性58-67
• 4.1 多波长中红外DFG光源的基本理论58-59
• 4.2 晶体分段温控技术理论模型与数值分析方法59-61
• 4.3 差频产生多波长中红外光源结果与分析61-66
• 4.4 本章小结66-67
• 第五章 基于中红外DFG光源的气体检测应用初步探索67-84
• 5.1 气体光谱检测理论基础67-77
• 5.1.1 郎伯-比尔定律69-70
• 5.1.2 气体吸收光谱检测方法70-77
• 5.2 气体检测系统初步设计方案77-80
• 5.3 数据采集程序设计80-83
• 5.4 本章小结83-84
• 第六章 总结与展望84-86
• 6.1 总结84-85
• 6.2 展望85-86
• 参考文献86-92
• 致谢92-93
• 作者简介93

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本文编号：703843