1064nm主振荡功率放大泵浦ppmgln中红外光学参量振荡器研究

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1、学号：B120100006博士学位论文1064nm主振荡功率放大泵浦PPMgLN中红外光学参量振荡器研究研究生姓名：王子健学科、专业：物理学、光学二○一六年六月分类号：TN248.1密级：可交流UDC：编号：1064nm主振荡功率放大泵浦PPMgLN中红外光学参量振荡器研究STUDYON1064NMMASTEROSCILLATORPOWERAMPLIFIERPUMPEDPPMgLNMID-INFRAREDOPTICALPARAMETRICOSCILLATOR学位授予单位及代码：长春理工大学（10186）学科专业名称及代码：光学（070207）研究方向：激光及其与物质相互作用申

2、请学位级别：博士指导教师：金光勇研究员研究生：王子健论文起止时间：2010.09—2016.05长春理工大学博士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的博士学位论文《1064nm主振荡功率放大泵浦PPMgLN中红外光学参量振荡器研究》是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：年月日长春理工大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解“长春理工大学硕士

3、、博士学位论文版权使用规定”，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属长春理工大学。本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为长春理工大学。同意长春理工大学保存并使用学位论文；同意长春理工大学向国家图书馆、中国学术期刊（光盘版）电子杂志社、中国科学信息研究所送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。（涉密论文在解密后遵守此规定）论文涉密情况约定：（打“√”选择）□本论文非涉密论文。□本论文属于涉密论文，在年解密后使用本授权书。作者签名：年月日导师签名：年月日摘要高重频、纳秒级可调谐中红外（3-5μm）激光在军事对抗、大气环境监测等军民领

4、域有着广泛的应用，是近年来激光技术的一个重要研究分支。以高重频、窄脉宽1064nm主振荡功率放大（MOPA）泵浦的PPMgLN光参量振荡器(OPO)是一种提高中红外激光运转重频、压窄脉宽、实现高功率输出的有效方法，该方面的研究对于中红外激光器的发展有着重要的指导意义。本论文以准相位匹配和光参量振荡技术理论研究为切入点，分析了高重频、窄脉宽中红外激光转换效率提升的影响因素，重点开展了1064nm-MOPA泵浦结构设计与PPMgLN-OPO器件参数优化，最终实现了高重频、窄脉宽、可调谐中红外激光稳定输出。具体开展的研究工作和取得的主要研究成果如下：理论方面：从准相位匹配和光参量振

5、荡原理出发，推导了涵盖偏振态变化的三波互作用耦合方程，分析了偏振态耦合和逆转换问题对准相位匹配光参量振荡器转换效率的影响；基于PPMgLN极化晶体，对PPMgLN-OPO的不同调谐方式进行了模拟研究。设计方面：分别针对高重频、窄脉宽1064nm主振荡功率放大器与PPMgLN光参量振荡器开展了结构设计与器件参数优化，根据四能级速率方程研究了不同器件及结构参数对1064nm主振荡器重复频率、脉宽的影响，优化设计了高密度LD端面泵浦耦合Nd:YVO4装置，通过对Nd:YVO4增益介质的热效应理论分析和热焦距模拟计算，综合考虑泵浦与谐振光斑模式匹配，优化设计了1064nm主振荡器谐振

6、腔结构参数，同时，从增益饱和效应及放大模式匹配原理入手，完成了模块化1064nm放大级结构参数设计；在此基础上，对单谐振外腔泵浦PPMgLN-OPO的增益、阈值、转换效率、振荡过程的PPMgLN晶体热效应进行了理论分析和模拟计算，并由理论分析结果，确定了耦合腔镜曲率及膜系透过率、泵浦光斑与振荡参量光斑比值、腔型尺寸等重要参数的最佳取值范围。实验方面：首先对PPMgLN-OPO高重频、窄脉宽1064nm主振荡功率放大器泵浦源进行了实验研究，主振荡器谐振腔采用L型折叠腔结构，并在腔内置入垂直狭缝进行光斑模式限制，放大级采用二级功率放大结构，在声光调Q重复频率70kHz下实现了40

7、.1W平均功率、9.82ns窄脉宽的1064nm脉冲激光输出。应用以上泵浦结构，开展了外腔泵浦PPMgLN-OPO实验研究，采用极化周期29μm、3mm厚度的PPMgLN晶体作为参量变频介质，实现了最高3.84μm闲频光3.24W和1.47μm信号光9.01W的功率输出。通过分析实验中出现的能量逆转换现象，进一步改变OPO输出镜透过率，调节泵浦光偏振态优化模式匹配，获得了4.86W的3.84μm中红外激光输出，脉冲宽度为9.56ns，光-光转换效率达到15.5%，并有效抑制了逆转换效应。最后，分别开展了