论文部分内容阅读
8-12μm长波红外波段位于大气窗口且对人眼安全,该波段光源在光电对抗、激光医疗、激光雷达和有毒气体探测等方面具有重要的应用价值。目前,8-12μm波段激光的主要获取手段是光学参量振荡和光学参量放大,利用非线性转换将低波长的激光向高波长转换。在常用的非线性频率转换晶体中,Zn Ge P2晶体凭借极高的有效非线性系数和良好的机械强度、高热导率等优点,成为获得8-10μm波段激光首选晶体。由于ZGP晶体光学性质的限制,泵浦光的波长需要在2μm以上,而且获得较高功率的8-10μm波段激光比较困难。本论文的目的是探索级联式OPA方法对8μm功率的放大效果以及这种方法是否具有应用价值。级联光学参量放大(OPA)技术是通过ZGP光学参量振荡(OPO)产生的2.8μm信号光对8μm闲频光进行OPA,根据泵浦光和种子光偏振方向,OPO和OPA中ZGP晶体的匹配方式只能为一类+二类或二类+一类,本文中采用的是前者。由于这种方法文献中没有人报道,所以我们开始需要验证级联OPA方法的可行性。我们利用脉冲能量较大的泵浦光验证方法的可行性,利用平均功率较高的泵浦光探索影响OPA放大效果的因素。为此,我们搭建了两套泵浦源系统,第一套通过最高输出重频1k Hz能量30m J的Ho:YAG激光器泵浦ZGP OPO,获得了1.23W的8μm和4.34W的2.8μm激光;第二套通过最高输出重频16k Hz平均功率110W的Ho:YAG激光器泵浦ZGP OPO,获得了平均功率3.05W的2.8μm和12.3W的8μm激光。光学参量放大是三波混频的一种,我们通过求解三波混频耦合方程组得到了OPA光学参量放大系数公式,放大系数和初始泵浦光光强以及ZGP晶体长度有关。在大能量OPA实验中,通过分光合束装置将泵浦光和种子光调节重合后,8μm功率由1.23W增益到1.41W,确定了级联OPA方法是可行的;在高功率OPA实验中,验证了光斑重合程度、光斑大小和泵浦光初始光强因素对OPA放大效果的影响。最后,通过对光学参量振荡器和分光合束装置结构进行优化,级联OPA将8μm平均功率由3.52W放大到4.7W,总放大倍数为1.34,考虑到分光合束装置带来的损耗,OPA放大倍数为1.42,具备了一定的应用价值。