窄线宽高功率中红外光参量振荡放大技术研究

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1、万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国工程物理研究院或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学雠文作者繇彭。易，签字日期．刎弘年岁月辱目学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解并接受中国工程物理研究院研究生部有关保存、使用学位论文的规定，允许论文被查阅、借阅和送交

2、国家有关部门或机构，同时授权中国工程物理研究院研究生部可以将学位论文全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。学位论文作者签名：勿彩·●签字日期：加I牛年岁月耳日导师签名：山勺似签字日期：M够年，月q日万方数据摘要3～59m中红外波段被广泛应用于光电对抗、大气监测、太赫兹场产生、自由空间光通信、激光医疗等国防、科研及民用领域。线宽压窄、功率提高是应用需求驱使下中红外激光极为重要的发展方向，具有广阔的发展前景。在高功率中红外光参量技术(OPO)研究领域，基于准相

3、位匹配的PPMgLN．OPO优势显著。但受抽运光线宽和强抽运下的高增益影响，OPO输出中红外光线宽较宽，一般为几纳米到几十纳米。另一方面，进一步提升OPO输出功率受到强抽运能量可能造成的非线性晶体和中红外膜层损伤的限制。针对OPO在压窄线宽和提升功率方面遇到的瓶颈，本文开展了理论和实验研究。本文对基于PPMgLN晶体的高功率单谐振OPO进行了理论和实验研究。理论计算了单谐振PPMgLN光参量振荡器的振荡阈值及不同抽运功率密度下的转换效率；通过三波混频的能量守恒和动量守恒方程，计算了PPMgLN晶体温度调谐

4、曲线；分析了造成参量光中心波长漂移及线宽展宽的因素，理论计算了实验波长的线宽展宽量。优化设计了PPMgLN．OPO实验参数，当PPMgLN晶体工作在105℃，抽运功率为173W时，OPO获得了93．6W的参量光输出，斜效率达53．8％。1．6799m信号光和2．9079m闲频光输出功率分别为65．7W和27．9W。以Kogelink耦合波理论得出的RBG衍射效率公式为立足点，讨论了不同光栅厚度d、光栅的空间频率厂和折射率振幅调制度砌下，平面单色波入射时VBG的光谱选择性和中心波长衍射效率变化规律。在优先保

5、证VBG光谱选择性的前提下，进行了VBG各制备参量的优化设计，并依此订制了OptiGrate公司的一款高光谱选择性RBG。对PPMgLN．OPO进行了参量光线宽压窄实验研究。VBG．OPO的抽运源为调Q的1．0649mNd：YAG激光器，在173W的抽运功率下获得了64．2W的参量光输出，斜效率达37．1％。1．6799m信号光和2．9079m闲频光输出功率分别为35．1W和29．1W。1．6799m信号光在自由运转时，线宽为lnm，在VBG．OPO中，线宽被有效压窄至O．1nm以下，理论计算的2．907

6、9m闲频光线宽小于1．1nm。通过调节VBG和PPMgLN的温度，1．689m和2．959m参量光可分别获得3nm和9nm的波长调谐范围。对基于PPMgLN晶体的OPA技术进行了理论分析和实验研究。计算了PPMgLN．OPA中各光波平均功率随晶体长度的变化曲线，分析了最佳晶体长度的影响因素，结果表明，当抽运光和闲频光波长一定时，抽运光功率越大、闲频光初始功率越大，最佳晶体长度越短。实验当用44W的1．0649m激光抽运OPA时，4W的2．9079m激光被定标放大至12．9W，转换效率为20．3％；lW的2

7、．9071am激光被定标放大至8．5W，转换效率为17．1％。改变OPA中PPMgLN晶体温度，当晶体温度由105℃降为100℃时，转换效万方数据率并未有明显改变，而当进一步降低晶体温度时带来的温度失配使得转换效率大幅下降。关键词：中红外激光，光参量振荡器，光参量放大器，体布拉格光栅，周期极化掺杂氧化镁的铌酸锂晶体万方数据AbstractMid．infraredbandof3-51amiswidelyusedinfieldsofoptoelectronicconfrontation，atmospheric

8、monitoring，terahertzfieldgenerating，free—spaceopticalcommunications，laserandmedicaldefense，scientificresearchandcivilian．Spectrallinewidthnarrowingandpowerenhancingaretwovitalandpromisingprospectsofmid-infraredlaser