PPLN准相位匹配外腔中红外光学参量振荡器研究

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1、PPLN准相位匹配外腔中红外光学参量振荡器研究ResearchonPPLNQuasi-Phase-MatchedMid-infraredExternal-CavityOpticalParametricOscillator学科专业：光电子技术研究生：张海永指导教师：丁欣教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一四年十一月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和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大

2、学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。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了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签

3、字日期：年月日中文摘要中红外波段激光具有相干性好、分辨率高等优点，因而在在光谱学、土壤检测等民用领域以及激光雷达和激光制导等军事领域有着广泛的应用。光学参量振荡方法是获得中红外波段激光输出的有效手段，同时准相位匹配技术以及周期极化晶体制备技术的发展，使得通过光学参量振荡方法产生中红外激光更加容易实现高功率高效率运转。本文首先研究了高效率1064nm波长锁定激光器，然后进行了PPLN外腔光学参量振荡器实验。本文的主要内容以及研究工作具体介绍如下：1、对产生中红外激光的方法进行了总结概括，并对常用的准相

4、位匹配的周期极化晶体的性能进行了比较。阐述了准相位匹配技术的基本原理，对准相位匹配中应用较为广泛的PPLN及PPLT晶体在中红外输出方面的研究进展进行了介绍。2、以经典的麦克斯韦方程组为基础，结合谐振腔振荡的理论，推导出了单谐振光学参量振荡器的阈值、增益特性以及转换效率等特性。对准相位匹技术的基本原理进行了具体的分析计算，结合相应物质的色散方程，得出了PPLN及PPLT晶体的调谐特性曲线。3、以波长锁定878.6nm半导体激光器作为泵浦源，两块串接在一起的Nd:YVO4晶体为激光介质，在40W的泵浦

5、功率下得到了28.2W的1064nm输出，光光转换效率达70.5%，克服了共振泵浦中晶体对泵浦光吸收较差的缺点，同时也具有非常好的温度稳定性。4、对外腔光学参量振荡器的谐振腔进行了优化，在此基础上，使用两镜平凹腔进行了准相位匹配光学参量振荡实验。PPLN晶体工作温度为140ºC，在极化周期为27.5μm,得到了最高的1422nm信号光输出功率为3.55W,相应的转换效率为28.4%；在晶体极化周期为29μm时，得到最大的3664nm闲频光的输出功率为1.62W，相应的转换效率为13.2%。关键词：P

6、PLN，中红外，光学参量振荡，外腔，波长锁定ABSTRACTMid-infraredlaserhasbeenwidelyusedinbothcivilianareassuchasspectroscopy,soiltestingandmilitaryfieldssuchaslaserradarandlaserguidanceduetoitsgoodcoherenceandhighresolution.Opticalparametricoscillationisaneffectivemethodtoob

7、tainthemid-infraredlaseroutput,andthedevelopmentofquasi-phasematchtech-nologyandperiodicallypoledcrystalpreparationtechnologymakeiteasiertoachievehigh-powerandhigh-efficiencyoutputbythemeansofopticalparametricoscillation.First,inthispaperweconductarese

8、archonwavelength-lockedlaserpumpedNd:YVO4laserwithanoutputwavelengthof1064nm,onthebasisofwhich,weconductedthePPLNexternalcavityopticalparametricoscillatorexperiment.Themaincontentofthispaperisintroducedasfollows:1、Asummaryofmethodstopro