基于光学超晶格的中红外光学参量振荡器研究

发布时间：2017-05-06 14:17

  本文关键词：基于光学超晶格的中红外光学参量振荡器研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近红外与中红外激光是激光领域的研究热点。光学参量振荡器(OPO)是产生近红外与中红外激光的优良方法,具有波长调谐灵活、输出功率高、结构紧凑、可全固化等优势。准位相匹配(QPM)技术经过多年的发展,已在非线性频率变换领域得到越来越广泛的应用。近年来研究发现,腔位相匹配(CPM)也是一种非常有效的位相匹配方式。本论文的研究工作基于准位相匹配技术与腔位相匹配技术构建了多种不同的光学参量振荡器,工作方式包括连续波,纳秒,皮秒。主要内容包括以下几个方面：1、介绍了激光与非线性光学的发展历程,阐述了常见位相匹配方式的原理,包括双折射位相匹配(BPM),准位相匹配(QPM)与腔位相匹配(CPM)：介绍了中红外激光的重要应用领域与主要产生途径。2、从理论方面介绍了光学参量振荡器。介绍了常见光学参量振荡器的分类；推导了光参量振荡器的增益系数与阈值条件：介绍了OPO中常用波长调谐方法与原理：介绍了OPO中常用腔形与设计方法。对我们实验研究中涉及到的OPO类别与腔形做了说明。3、研究了中红外连续波内腔光学参量振荡器技术,分别对折叠腔与直腔结构的内腔OPo进行了实验研究。实验发现直腔结构比折叠腔结构稳定性好,并且直腔结构更简单紧凑,我们将直腔结构的内腔OPO研制成了小型工程样机。内腔OPO与外腔OPO相比,最大的优势在于阈值低,结构紧凑,在低功率的中红外激光应用需求领域具有重要应用前景。4、研究了连续波外腔OPO技术。采用光纤激光器作为泵浦源泵浦OPO,用多通道掺镁铌酸锂光学超晶格(MgO:PPLN)作为非线性频率变换介质,获得波长覆盖1.5-4.31μm的宽调谐窄线宽连续波激光输出,并研制了一台工程样机。采用光纤放大器放大可以快速扫频的DFB种子源,得到的高功率激光泵浦OPO,实验上获得3.3μm频率可以快速扫描的中红外激光输出,并应用到甲烷气体吸收实验中。根据原理实验研制了另一台OPO工程样机。5、研究了同步泵浦皮秒光学参量振荡器。基于一块多通道的MgO:PPLN晶体获得波长调谐范围1.5-4.31μm的皮秒脉冲激光输出。采用MgO:PPSLT光学超晶格针对闲频光3.81μn波段,设计了级联光参量振荡(OPO)与光参量放大(OPA)过程。与单一OPO过程相比,泵浦光到闲频光的转化效率提高了71%。根据原理实验研制了一台皮秒OPO工程样机。6、基于腔相位匹配(CPM)原理,采用厚度为5001μm的I类匹配MgO:LiNbO3晶体构建光学微腔,形成片状光学参量振荡器(SOPO)。在1064nm附近获得覆盖45nm的频率梳光谱产生,相邻纵模间隔约为0.5nm。光光转化效率最高达23.9%。
【关键词】：中红外 光学超晶格 光学参量振荡器 准位相匹配 腔位相匹配
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN753.2
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 绪论13-33
• 1.1 位相匹配方式14-19
• 1.1.1 双折射位相匹配15-16
• 1.1.2 准位相匹配16-17
• 1.1.3 腔位相匹配17-19
• 1.2 光学参量振荡器19-20
• 1.3 中红外激光的重要应用与产生方法20-21
• 1.4 本论文的研究背景与研究内容21-23
• 参考文献23-33
• 第二章 光学参量振荡器的理论基础33-47
• 2.1 光学参量振荡器分类33-34
• 2.2 光学参量振荡器的增益系数与阈值条件34-39
• 2.2.1 耦合波方程一般解34-35
• 2.2.2 阈值条件35-39
• 2.3 波长调谐性能39-41
• 2.4 腔形设计41-45
• 参考文献45-47
• 第三章 连续波内腔光学参量振荡器的研究47-70
• 3.1 内腔光学参量振荡器的背景介绍47-50
• 3.1.1 内腔光学参量振荡器的特点47-49
• 3.1.2 内腔光学参量振荡器的发展49-50
• 3.2 内腔折叠腔光学参量振荡器50-58
• 3.2.1 实验搭建51-52
• 3.2.2 腔的设计与优化52-53
• 3.2.3 输出功率与波长调谐53-56
• 3.2.4 折叠腔中的干涉现象56-58
• 3.3 内腔直腔光学参量振荡器58-66
• 3.3.1 实验搭建59
• 3.3.2 输出功率与波长调谐59-64
• 3.3.4 内腔直腔OPO的工程化64-66
• 3.4 本章小结66-67
• 参考文献67-70
• 第四章 连续波外腔光学参量振荡器的研究与应用70-89
• 4.1 背景介绍70-72
• 4.2 光纤激光器泵浦的宽调谐OPO72-79
• 4.2.1 实验搭建72-73
• 4.2.2 OPO参数的测量73-76
• 4.2.3 直接吸收甲烷气体探测实验76-78
• 4.2.4 工程样机78-79
• 4.3 用于探测甲烷气体的扫频OPO搭建79-85
• 4.3.1 实验搭建80-81
• 4.3.2 实验结果81-83
• 4.3.3 工程样机83-85
• 本章小结85-86
• 参考文献86-89
• 第五章 红外皮秒光学参量振荡器的研究89-105
• 5.1 红外皮秒激光器简介89-91
• 5.2 宽调谐皮秒光参量振荡器91-96
• 5.2.1 皮秒OPO设计91-92
• 5.2.2 实验结果92-96
• 5.3 皮秒级联OPO的研究96-100
• 5.3.1 实验设计96-98
• 5.3.2 实验结果98-100
• 5.4 工程样机100-101
• 5.5 本章小结101-102
• 参考文献102-105
• 第六章 基于腔相位匹配的光学参量振荡器研究105-121
• 6.1 腔相位匹配的发展与理论介绍105-107
• 6.2 实验设计107-110
• 6.3 实验搭建与结果110-117
• 6.3.1 实验搭建110-111
• 6.3.2 实验结果111-117
• 6.4 本章小结117-119
• 参考文献119-121
• 第七章 总结与展望121-123
• 攻博期间发表论文与专利、参加的学术会议与参与项目123-126
• 致谢126-128

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 冯秀琴;姚治海;田作林;韩秀宇;;简并光学参量振荡器的超混沌控制与周期态同步[J];物理学报;2010年12期

2 孙桂林;日本用光学参量振荡器治疗癌症[J];激光杂志;1993年06期

3 张百钢,姚建铨,丁欣,徐德刚,张浩,禹国俊,魏权夫,王鹏;连续调谐输出的多周期极化铌酸锂晶体光学参量振荡器[J];中国激光;2004年08期

4 鲁燕华;王卫民;彭跃峰;谢刚;庞毓;崔玲玲;;磷锗锌光学参量振荡器技术研究[J];强激光与粒子束;2006年08期

5 曾钦勇;万勇;张R，

本文编号：348569