基于PPLN-OPO高效腔型设计的中红外激光研究

论文摘要

光参量振荡（OPO）是实现中红外激光的重要技术手段,具有灵活的波长调谐、紧凑的系统结构和高的转换效率等优点。其中,基于周期性极化晶体的准相位匹配OPO是实现中红外可调谐输出的重要手段。由于周期性极化铌酸锂晶体（PPLN）具有宽的透射范围和高的有效非线性系数等优点,被广泛应用于准相位匹配OPO。本文主要讨论基于准相位匹配MgO:PPLN-OPO的连续激光性能,研究了MgO:PPLN晶体在不同极化周期和温度条件下的调谐特性。此外通过模拟计算腔内的模式匹配情况,设计了直线腔和V-型腔两种腔型,分别对两种腔型优化,获得了高输出效率、宽波段连续可调谐的中红外激光输出。具体研究内容如下:1.通过三镜直线腔结构设计降低腔内损耗,提高MgO:PPLN-OPO的转换效率。在12.4 W的入射泵浦功率下,获得了3.27 W的总输出功率,对应光光转换效率为26.4%。为了进一步提高直线腔型的输出功率和效率,对腔内模式进行了模拟计算。发现当各个腔镜均采用平凹镜时,既可以有效地压缩基频光腔的模式,又有利于基频光腔和OPO腔的基模光斑在MgO:PPLN晶体上更好地匹配,从而提高转换效率。实验中,通过改变MgO:PPLN晶体的极化周期和温度,成功实现了1.43-1.79μm信号光和2.62-4.16μm闲频光的连续可调谐激光输出。当入射泵浦功率为20.1 W时,最高获得了4.24 W的信号光和2.11 W的闲频光,总转换效率为31.6%,这是目前已报道的同类腔型中的最高输出功率。2.通过V-型折叠腔结构设计实现模式灵活匹配,提高MgO:PPLN-OPO的转换效率。与直线腔型的设计思路一致,首先对腔内模式进行了模拟计算,以此为基础对OPO的腔型进行设计,最终在V-型腔中获得了优于直线腔的模式匹配情况。由于该V-型腔中OPO腔的腔长相对较长,腔内闲频光每一次往返都会增加衍射损耗。对此,本实验进一步设计了一种双端输出的结构。该结构中将支臂镜的镀膜情况改为对信号光高反而闲频光增透,这样,输出镜OC端在输出信号光和闲频光的同时,支臂镜HM’也可以输出额外的闲频光。这种双端输出结构大大减小了闲频光的衍射损耗和腔内逆转换过程。当入射泵浦功率为12.4 W时,最大获得了2.89 W信号光和1.44 W的闲频光输出,总转换效率达34.9%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 中红外全固态激光器的发展
•   1.2 MgO:PPLN光学参量振荡器的研究现状
•   1.3 本文主要研究内容与结构
• 第二章 准相位匹配和MgO:PPLN-OPO特性
•   2.1 准相位匹配
•     2.1.1 常用的相位匹配技术
•     2.1.2 准相位匹配的基本原理
•     2.1.3 畴反转的实现
•   2.2 光参量振荡器的原理简介
•   2.3 MgO:PPLN-OPO的调谐特性
•     2.3.1 基频光波长调谐
•     2.3.2 周期调谐
•     2.3.3 温度调谐
•   2.4 本章小结
• 第三章 连续可调谐直线腔MgO:PPLN-OPO研究
•   3.1 紧凑直线腔MgO:PPLN-OPO
•     3.1.1 紧凑直线腔腔型设计
•     3.1.2 紧凑直线腔激光实验结果与分析
•   3.2 高效直线腔MgO:PPLN-OPO
•     3.2.1 改进高效直线腔腔型设计
•     3.2.2 改进直线腔激光实验结果与分析
•   3.3 本章小结
• 第四章 高效率V-型腔MgO:PPLN-OPO研究
•   4.1 单端输出V-型腔MgO:PPLN-OPO
•     4.1.1 单端输出结构腔型设计
•     4.1.2 单端输出激光实验结果与分析
•   4.2 双端输出V-型腔MgO:PPLN-OPO
•     4.2.1 双端输出结构腔型设计
•     4.2.2 单端和双端输出激光实验结果比较
•   4.3 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张永昶

导师: 朱海永

关键词: 光参量振荡器,准相位匹配,晶体,直线腔,型腔

来源: 温州大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 温州大学

分类号: TN24

总页数: 57

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