基于陡前沿泵浦光的高效率OPO激光技术研究

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光参量振荡器(OpticalParametricOscillator,OPO)是一个振荡在光频域的参量振荡器,它利用二阶非线性效应对入射激光进行频率转换,通过改变非线性晶体的参数可以得到不同波长的激光输出。随着研究者们对OPO不断的深入研究,OPO的理论和技术已经有了很大的进展;本文选择OPO输出波长为800nm,因为800nm波段的激光在激光医疗、太赫兹等领域有广泛的应用,而且通常的800nm激光获取技术成本高昂。然而采用一般的OPO技术路线已经很难再将OPO的转换效率进行提高,难以达到科学研究和工程应用的需求。本文采用Nd:YAG被动调Q脉冲激光器,输出脉冲经受激布里渊散射技术(stimulatedBrillouinscattering,SBS)整形为陡前沿缓后沿的脉冲,将其经过倍频之后产生532nm的脉冲作为OPO的泵浦脉冲,最终利用OPO输出800nm的激光脉冲;下面是本文研究的主要内容。  1.推导出了OPO过程的耦合波方程组,然后以OPO的耦合波方程为基础,推导出了OPO振荡阈值公式,分析了影响OPO振荡阈值的因素;接下来介绍了相位匹配理论以及相位匹配的方式;然后介绍了SBS理论并推导出SBS过程的理论计算模型。  2.进行了产生800nm激光所需KTP晶体参数的计算,计算了KTP晶体的相位匹配角度、有效非线性系数以及对应的晶体的走离角;然后利用计算得到的参数进行了OPO的仿真,仿真过程通过改变泵浦光的脉宽、OPO输出镜的透过率、OPO腔长以及KTP晶体的长度研究OPO输出信号光能量以及OPO能量转换效率的变化情况。然后利用FC-770为SBS介质,采用单池压缩结构进行了SBS脉冲压缩的仿真,压缩脉宽可以在纳秒范围内通过泵浦能量调节,能量转换效率也非常可观。  3.进行了高斯脉冲泵浦OPO和SBS整形得到的陡前沿泵浦OPO的实验研究,陡前脉冲泵浦OPO实验中使用透过率为20%的OPO输出镜得到最大的信号能量为23.43mJ,对应的OPO能量转换效率为34.3%;与高斯脉冲泵浦OPO的实验相比,OPO振荡阈值降低了,同时能量转换效率提高了约10%。
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