基于周期极化晶体级联光参量振荡器理论分析
发布时间：2021-12-01 21:15
自1961年P.A.Franken et al.于石英晶体首次观测到红宝石激光器的二次谐波信号以后,人们就认识到了光学非线性频率变换技术在产生新的波段激光方面的潜能,很快便制定了经非线性介质进行非线性频率变换的准则,促进了如倍频（Second Harmonic Generation,SHG）、和频（Sum Frequency Generation,SFG）、差频、光学参量产生、放大和振荡等二阶非线性频率变换技术的发展。为将激光光谱范围扩展到新的波段,作为产生宽调谐波长的光学参量振荡（Optical Parametric Oscillation,OPO）技术就显得尤为重要,特别是连续波的单共振光学参量振荡器（Singly Resonant OPO,SRO）的发展与延伸（如级联倍频与和频）。而其发展又严重依赖于合适的非线性晶体,继1995年研制出第一块周期极化晶体以来,结合非线性频率变换技术,目前已可实现连续波高功率可调谐紫外到中红外波段的激光输出。准相位匹配的周期极化晶体是重要的非线性介质,在实现连续可调谐激光光源方面发挥着举足轻重的作用。依据极化周期分布的不同,准相位匹配周期极化晶体可...
【文章来源】：河南大学河南省
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各种二阶非线性频率变换过程原理示意图
其相对于复杂昂贵的固态激光器就拥有更紧凑、结实、简化的抽运结构优点，且随着它连续传输数瓦特输出功率能力的提高，在不同时间尺度下的高功率光纤抽运波长转换光源已经发展成为了可能。通过发展大功率连续波 1064 nm 掺镱光纤激光器或掺钕固态激光器，再结合 QPM 非线性晶体材料(如 MgO:PPLN、MgO:sPPLT 等)，开发延伸出广泛的可调激光光源，覆盖光谱范围从 4 μm 中红外光到 311 nm 紫外光。我们主要集中关注级联 OPO 可调激光光源的发展，以便将掺镱光纤抽运激光通过内部 SHG / SFG的频率上转换技术获取可见到紫外光波。OPO 非线性频率变换技术，曾一度受有限的光谱和时域的影响，现如今其光谱范围已覆盖紫外可见光到中红外光谱[8-11]，如图 1-2 所示为通过不同的二阶非线性频率变换技术实现1064 nm激光波段的扩展以获得从紫外到中红外的可调谐激光光源[12]。基于精细化设计理念和抽运方案，该方面的发展已出现了以前不可实现的多种可调光源，且也实现了具有增强光谱和空间相干性的高功率抽运激光器。
光波产生的共振光增益克服了其往返损耗，参量振荡便启动。1.1.2 OPO 分类根据谐振腔内共振光的数目，OPO 可分成：只一种激光(信号光或闲置光)在腔内共振的单共振光学参量振荡器(SRO)[19]；抽运光同时在腔内共振的抽运增强 SRO (PumEnhanced SRO, PE-SRO)[19]；信号和闲置光在腔内都共振是双共振光学参量振荡器(Doubly Resonant OPO, DRO)[19]；抽运、信号和闲置光三者同时在腔内共振的三共振光学参量振荡器(Triply Resonant OPO, TRO)[19]，如图 1-3 为 OPO 分类示意图[20]。SRO 相对于其它三种，其阈值较高但需要电子伺服系统便可获得稳定的下转换输出激光[19]，且输出功率较高，因而通常可作为研制高功率稳定激光光源的首选，可产生紫外到中红外波段高功率可调谐激光，在科学研究、光通信、环境监测和医疗诊断等方面具有广泛的应用。目前，SRO 普遍存在系统复杂、体积庞大、造价昂贵及效率不高等问题，未来还需在推动及优化其系统的设计与发展领域上努力。
【参考文献】：
期刊论文
[1]内腔倍频单共振光学参量振荡器输出特性分析[J]. 李鹏,高小霞,顾玉宗. 激光与光电子学进展. 2017(09)
[2]3μm低阈值MgO:PPLN-OPO布拉格体光栅腔谱宽压窄研究[J]. 邢廷伦,王礼,胡舒武,程庭清,吴先友,江海河. 中国激光. 2017(01)
[3]利用单共振光学参量振荡器产生1.5μm连续单频激光[J]. 李鹏,马亚云,聂丹丹,冯晋霞,张宽收. 中国激光. 2014(08)
[4]可调谐Nd:YVO4/MgO:PPLN连续中红外光学参量振荡器（英文）[J]. 李丙轩,许珊,魏勇,王小蕾,黄呈辉,庄凤江,陈玮冬,翟苏亚,李彦莹,张戈. 光子学报. 2013(10)
[5]宽波段连续调谐全固态CW PPMgLN光学参量振荡器[J]. 姚文明,檀慧明,田玉冰,崔锦江,王帆,董宁宁. 强激光与粒子束. 2013(08)
[6]外腔全固态连续波PPMgLN光学参量振荡器与受激拉曼散射[J]. 姚文明,檀慧明,王帆,田玉冰,崔锦江,董宁宁. 中国激光. 2012(12)
[7]中红外连续波单谐振光学参量振荡器热致相位失配[J]. 刘磊,汪晓波,李霄,许晓军,姜宗福. 强激光与粒子束. 2012(01)
[8]Widely continuous-tunable 2.789-4.957 μm twin-MgO:PPLN cascaded optical parametric oscillator[J]. 夏林中,苏红,阮双琛. Chinese Optics Letters. 2009(11)
[9]基于PPLN的中红外CW QPM-0P0技术发展综述[J]. 张兴宝,王月珠,姚宝权,鞠有伦,陈德应. 激光杂志. 2005(06)
[10]内腔连续波光学参量振荡器:高斯光束理论[J]. 邓诚先,李正佳,朱长虹. 中国激光. 2005(06)
博士论文
[1]利用单共振光学振荡器产生1.5μm激光的研究[D]. 李鹏.山西大学 2015
[2]连续波光学参量振荡器及受激拉曼散射现象的研究[D]. 姚文明.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2013
[3]基于MgO：PPLN的中红外连续波光学参量振荡器技术的研究[D]. 赵家群.哈尔滨工业大学 2011
[4]准相位匹配PPMgLN光学参量振荡器的研究[D]. 林洪沂.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2010
本文编号：3527068
【文章来源】：河南大学河南省
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各种二阶非线性频率变换过程原理示意图
其相对于复杂昂贵的固态激光器就拥有更紧凑、结实、简化的抽运结构优点，且随着它连续传输数瓦特输出功率能力的提高，在不同时间尺度下的高功率光纤抽运波长转换光源已经发展成为了可能。通过发展大功率连续波 1064 nm 掺镱光纤激光器或掺钕固态激光器，再结合 QPM 非线性晶体材料(如 MgO:PPLN、MgO:sPPLT 等)，开发延伸出广泛的可调激光光源，覆盖光谱范围从 4 μm 中红外光到 311 nm 紫外光。我们主要集中关注级联 OPO 可调激光光源的发展，以便将掺镱光纤抽运激光通过内部 SHG / SFG的频率上转换技术获取可见到紫外光波。OPO 非线性频率变换技术，曾一度受有限的光谱和时域的影响，现如今其光谱范围已覆盖紫外可见光到中红外光谱[8-11]，如图 1-2 所示为通过不同的二阶非线性频率变换技术实现1064 nm激光波段的扩展以获得从紫外到中红外的可调谐激光光源[12]。基于精细化设计理念和抽运方案，该方面的发展已出现了以前不可实现的多种可调光源，且也实现了具有增强光谱和空间相干性的高功率抽运激光器。
光波产生的共振光增益克服了其往返损耗，参量振荡便启动。1.1.2 OPO 分类根据谐振腔内共振光的数目，OPO 可分成：只一种激光(信号光或闲置光)在腔内共振的单共振光学参量振荡器(SRO)[19]；抽运光同时在腔内共振的抽运增强 SRO (PumEnhanced SRO, PE-SRO)[19]；信号和闲置光在腔内都共振是双共振光学参量振荡器(Doubly Resonant OPO, DRO)[19]；抽运、信号和闲置光三者同时在腔内共振的三共振光学参量振荡器(Triply Resonant OPO, TRO)[19]，如图 1-3 为 OPO 分类示意图[20]。SRO 相对于其它三种，其阈值较高但需要电子伺服系统便可获得稳定的下转换输出激光[19]，且输出功率较高，因而通常可作为研制高功率稳定激光光源的首选，可产生紫外到中红外波段高功率可调谐激光，在科学研究、光通信、环境监测和医疗诊断等方面具有广泛的应用。目前，SRO 普遍存在系统复杂、体积庞大、造价昂贵及效率不高等问题，未来还需在推动及优化其系统的设计与发展领域上努力。
【参考文献】：
期刊论文
[1]内腔倍频单共振光学参量振荡器输出特性分析[J]. 李鹏,高小霞,顾玉宗. 激光与光电子学进展. 2017(09)
[2]3μm低阈值MgO:PPLN-OPO布拉格体光栅腔谱宽压窄研究[J]. 邢廷伦,王礼,胡舒武,程庭清,吴先友,江海河. 中国激光. 2017(01)
[3]利用单共振光学参量振荡器产生1.5μm连续单频激光[J]. 李鹏,马亚云,聂丹丹,冯晋霞,张宽收. 中国激光. 2014(08)
[4]可调谐Nd:YVO4/MgO:PPLN连续中红外光学参量振荡器（英文）[J]. 李丙轩,许珊,魏勇,王小蕾,黄呈辉,庄凤江,陈玮冬,翟苏亚,李彦莹,张戈. 光子学报. 2013(10)
[5]宽波段连续调谐全固态CW PPMgLN光学参量振荡器[J]. 姚文明,檀慧明,田玉冰,崔锦江,王帆,董宁宁. 强激光与粒子束. 2013(08)
[6]外腔全固态连续波PPMgLN光学参量振荡器与受激拉曼散射[J]. 姚文明,檀慧明,王帆,田玉冰,崔锦江,董宁宁. 中国激光. 2012(12)
[7]中红外连续波单谐振光学参量振荡器热致相位失配[J]. 刘磊,汪晓波,李霄,许晓军,姜宗福. 强激光与粒子束. 2012(01)
[8]Widely continuous-tunable 2.789-4.957 μm twin-MgO:PPLN cascaded optical parametric oscillator[J]. 夏林中,苏红,阮双琛. Chinese Optics Letters. 2009(11)
[9]基于PPLN的中红外CW QPM-0P0技术发展综述[J]. 张兴宝,王月珠,姚宝权,鞠有伦,陈德应. 激光杂志. 2005(06)
[10]内腔连续波光学参量振荡器:高斯光束理论[J]. 邓诚先,李正佳,朱长虹. 中国激光. 2005(06)
博士论文
[1]利用单共振光学振荡器产生1.5μm激光的研究[D]. 李鹏.山西大学 2015
[2]连续波光学参量振荡器及受激拉曼散射现象的研究[D]. 姚文明.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2013
[3]基于MgO：PPLN的中红外连续波光学参量振荡器技术的研究[D]. 赵家群.哈尔滨工业大学 2011
[4]准相位匹配PPMgLN光学参量振荡器的研究[D]. 林洪沂.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2010
本文编号：3527068
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