共线准相位匹配光学参量过程的研究

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1、共线准棚位匹配光学参量过程的研究l{esearchOilCollinearQuasi-PhaseMratchedOpticalParametricProcess(申请博士学位)～级学科：电王型堂皇撞盔学科专业：塑堡电王堂研究生：丞筮型指导教师：继建丝暄±天津大学精密仪器与光电子工程学院二零零七年十二月摘要中文摘要准相位匹配技术(QPM)是非线性光学频率变换领域中的一个重要组成部分，以其转换效率高、调谐方式灵活的特点受到众多科学家的青睐。基于共线准相位匹配的光学参量过程(包括光学参量振荡OPO和光学参量产生OPG)是获得高

2、效可调谐光源的重要手段之一。利用共线QPM．OPO／OPG，可以使以往传统双折射相位匹配无法达到的目标成为可能，使可调谐光源更好地为其他科研领域和应用领域服务。本文的研究工作集中在利用共线QPM．OPO或OPG实现可调谐的双波长激光、近红外激光、中红外激光、窄线宽激光几个方面，这些激光器在气体检测、污染监测、军事红外对抗、通信、科学研究等方面具有重要的应用前景。本文的主要内容及创新点归纳如下：1．在理论上提出反向倒格矢的概念，对．1阶准相位匹配过程的调谐特性进行分析和计算，并引入后向波OPO的概念，对共线准相位匹配参量互

3、作用的各种匹配形式进行系统总结，给出在各匹配形式下共线准相位匹配的周期调谐特性；2．对QPM双信号光OPO进行理论与实验研究。考虑泵浦光焦点位置对双信号光输出功率比例的影响，给出双信号光OPO中获得同比例输出的条件。采用双周期极化晶体，共用一个OPO谐振腔，通过温度和周期调谐，’可以获得波长问隔在2．5rim-69．1nm间调谐的双波长。在重复频率50kHz、泵浦功率为3W时，双信号光的平均输出功率最高可达169．6mW。这是首次将周期极化晶体应用到双晶体双信号光QPM—OPO的实验研究；3．进行种子注入锁定共线QPM．

4、OPO的实验研究。首先采用半导体单端泵浦环行腔单频1064rimNd：YV04激光器，获得9W连续输出的单频1064nm激光，光．光转换效率为36．6％。功率水平在单端泵浦的单频激光器方面处于国内领先水平。然后在激光器中，加入声光Q开关提高峰值功率，泵浦种子注入锁定的共线QPM．OPO，获得1510rim-1630．8nm的可调谐窄线宽相干光，输出线宽达到测量仪器的分辨极限0．06nm，信号光的平均输出功率最高可达56．9roW；4．对半导体泵浦的准相位匹配内腔OPG进行理论与实验研究。根据光学参量产生的耦合波方程以及声

5、光Q开关运转的四能级系统速率方程，分析内腔OPG过程的动态特性以及输入输出特性。并采用Nd：YV04晶体为激光介质，以PPLN为非线性晶体进行了准相位匹配内腔光学参量振荡的实验研究，实验获得1．497一1．517／am的可调谐激光输出，最高平均输出信号光功率达330mW，从天津大学博一卜学位论文半导体泵浦光到信号光的转换效率达5．5％；5．采用PPMgLN晶体，进行室温运转中红外QPM—OPO的实验研究。在室温情况下，获得超过1W的3．6299m中红外相干光，转换效率达到26．7％。关键词：光学参量振荡光学参量产生准相位

6、匹配周期极化晶体共线双波长可调谐窄线宽中红外ⅡABSTRACTQuasi-phasematching(QPM)techniqueisallimportantcomponentinnonlinearopticalfrequencyconversion．Itarousedtheinterestsofscientistsduetotheadvantagesofhighconversionefficiencyandflexibletuningmethods．ThecollinearQPMopticalparametricproc

7、ess(includingopticalparametricoscillator,OPOandopticalparametricgenerator,OPG)isapromisingschemetoachievethetunablecoherentlightsource．ThecollinearQPM—OPO／OPGCallaccomplishmanygoals，whichisdifficulttotheconventionalbirefringentphasematching．Moresuitabletunablelig

8、htsourcebasedoncollinearQPM-OPO／OPGemergedformanyotherscientificresearchesandapplications．Theworkinthisdissertationfocusedonthetunabledualwavelength．1aser,near