【摘 要】
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波长在3～5μm范围内的激光,因为其在作用于大气时拥有良好的大气透过率,一直备受关注,同时双波长中红外光参量振荡器,在国家军事、医疗、特殊通讯、大气污染物监测等诸多领域也有着极其重要的作用。针对现有的双波长光参量振荡器存在运行机制复杂、增益介质制备难度大、实验搭建过程繁琐且整体系统稳定性不高等缺陷,本文采用光纤激光器作为泵浦源泵浦单块增益介质,通过调节泵浦源重频以及两个腔镜对应的信号光透过率解决了
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波长在3～5μm范围内的激光,因为其在作用于大气时拥有良好的大气透过率,一直备受关注,同时双波长中红外光参量振荡器,在国家军事、医疗、特殊通讯、大气污染物监测等诸多领域也有着极其重要的作用。针对现有的双波长光参量振荡器存在运行机制复杂、增益介质制备难度大、实验搭建过程繁琐且整体系统稳定性不高等缺陷,本文采用光纤激光器作为泵浦源泵浦单块增益介质,通过调节泵浦源重频以及两个腔镜对应的信号光透过率解决了多光参量振荡的过程中的逆转换问题,实现了双波长参量光的同步输出,具体研究内容如下:理论上从准相位匹配原理出发延伸至多重准相位匹配原理,设计出可以同时提供两个倒格矢的MgO:APLN晶体,能实现1.57μm、3.3μm和1.47μm、3.84μm两组参量光振荡。针对外腔脉冲泵浦多光参量振荡器（MOPO,Multi Optical Parametric Oscillator）中的增益、阈值特性、腔型设计与模式匹配进行理论分析和模拟计算,并由理论分析和模拟计算结果,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。最后建立了外腔脉冲泵浦MOPO能量转换模型,并采用分步积分法模拟MOPO中能量场耦合过程,分析多光参量振荡过程中逆转换成因,并通过优化泵浦源重频和输出镜透过率,对能量转换过程进行调控,实现抑制逆转换的目的。实验上测量了1064nm光纤激光器泵浦源输出特性,在泵浦源注入功率最高达到40.3W,重频选定为150k Hz,脉宽为45ns时,依据前文理论分析开展了外腔脉冲泵浦MOPO实验研究。通过对1.47μm和1.57μm谐振参量光的透过率优化,最终获得了3.3μm、3.84μm双波长参量光共同输出最高功率3.46W;分束后,3.3μm参量光对应最高功率1.24W,3.84μm参量光对应最高功率2.24W,脉宽分别为32.1ns、34.3ns,此时双波长参量光输出光-光转换效率为8.6%,相对应的3.3μm参量光的转换效率为3.1%,3.84μm参量光的转换效率为5.6%,理论分析与实验结果基本一致。
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