【摘 要】
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1.5μm和3-5μm波段激光同处于大气窗口,在激光雷达、空间光通信、光谱分析和光电对抗等方向具有深远的研究价值。激光雷达领域中理想的激光源通常包含以下特征:脉冲宽度可调谐、长波段、脉冲宽度较窄以及峰值功率较高等。因此,脉冲宽度可调的近、中红外激光在激光雷达等领域将会有更好的应用前景。本文利用具有电光调Q的半导体（LD）侧面泵浦Nd:YAG激光器作为泵浦源,使其外腔式泵浦以砷酸钛氧钾晶体（KTA）
【基金项目】
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国家自然科学基金重大科研仪器研制项目（61927815）；
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1.5μm和3-5μm波段激光同处于大气窗口,在激光雷达、空间光通信、光谱分析和光电对抗等方向具有深远的研究价值。激光雷达领域中理想的激光源通常包含以下特征:脉冲宽度可调谐、长波段、脉冲宽度较窄以及峰值功率较高等。因此,脉冲宽度可调的近、中红外激光在激光雷达等领域将会有更好的应用前景。本文利用具有电光调Q的半导体（LD）侧面泵浦Nd:YAG激光器作为泵浦源,使其外腔式泵浦以砷酸钛氧钾晶体（KTA）为非线性晶体的光参量振荡器（OPO）,最终获得脉冲宽度可调且有着较高光-光转换效率的近、中红外激光输出。本文将进行以下研究:1.调研近年来国内外KTA-OPO的研究进展,调研内容主要包括:OPO的泵浦源、KTA晶体的尺寸和切割角度、OPO的腔型结构以及光-光转换效率等。2.研究了BBO晶体的电光效应和双向加压电光调Q的基本理论;同时也研究了KTA-OPO的基础理论:光参量振荡器的谐振方式,光参量振荡器的稳态耦合波方程、阈值和转换效率等,仿真模拟了KTA-OPO的角度调谐曲线,最终确定了脉冲宽度可调谐的KTA-OPO的晶体切割角度、腔镜的镀膜以及腔型的选择。3.设计并搭建了一台1064 nm具有电光调Q的LD侧泵Nd:YAG激光器。谐振腔采用平-平腔设计,结合双向加压式的电光调Q方案,LD侧泵模块的重复频率为100 Hz时,获得了4.6-32.3 ns可调输出。当普克尔盒将高压脉宽调节为27 ns,泵浦光能量为0.426 J时,获得了最窄脉冲宽度为4.6 ns的1064 nm基模光,光束质量因子M~2=1.57;当高压脉宽为最大值1200 ns,泵浦能量为0.243 J时,获得最宽的脉冲宽度为32.3 ns。并将此激光器进行了产品化设计,最终搭建了一台整体尺寸为550×175×105 mm~3的产品级激光器。4.采用上述具有电光调Q的LD侧泵Nd:YAG激光器来泵浦II类非临界相位匹配的KTA-OPO,输出两种参量光的脉冲宽度在一定范围内可调。泵浦光的光束质量因子M~2=1.57,线性偏振率为95.24%,当泵浦光脉冲宽度在5.7-12.6 ns范围内变化时,1538 nm信号光的脉冲宽度在5.7-7.9 ns范围内变化,3468 nm闲频光的脉冲宽度在7.1-19.7 ns范围内变化。随后,在重复频率为1 Hz,泵浦光的光斑大小为1.5 mm,脉冲宽度为10.8 ns,OPO的腔长为62 mm,泵浦腔与OPO腔间距为275 mm,最终在泵浦光能量为8.5 m J时,输出了1.7 m J的信号光和0.7 m J的闲频光,从泵浦光到两种参量光的光-光转换效率为28%,此时斜率效率为45.2%。
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