连续波内腔近红外PPLN光学参量振荡器及黄橙光源研究

论文摘要

1.4μm～1.6μm近红外波在医疗、远距离遥感、空间通信、多普勒雷达以及工业、农业和食品行业的光谱分析与检测等方面有着广泛的应用。近年来,随着非线性晶体PPLN等的成熟及泵浦源的改进,利用光学参量振荡器(OPO)中的非线性频率变换技术获得1.4μm～1.6μm近红外光源引起了专家们的极大兴趣。另外,光谱范围在580nm~620nm波段的黄橙光光源在光谱研究、生命科学、医药科学、材料科学、分子动力学、天文学等方面具有重要应用。目前,该波段的全固态激光光源主要是利用频率变换技术,通过倍频、和频、受激拉曼频移的方法来获得。本论文主要设计并研制了连续运转的1.4μm～1.5μm可调谐近红外光源和连续运转的604nm~624nm可调谐黄橙光光源。主要内容和创新点归纳如下:1.在分析了多模泵浦的内腔单谐振光学参量振荡器(ICSRO)的动力学模型的基础上,对信号光输出功率特性提出了优化方案,为实现高功率、高效率连续波输出的近红外内腔OPO奠定了动力学理论基础。2.为实现高效率、高光束质量、稳定的近红外内腔OPO连续运转,利用光学谐振腔的图解分析与设计方法对整个ICSRO进行了详细的热稳腔设计;同时为获得调谐输出,详细计算了PPLN晶体的调谐曲线。3.对连续运转的近红外ICSRO进行了实验研究,以LD端面泵浦的Nd:YVO4激光器作为泵浦源,多周期的PPLN置于腔内,国内首次实现高效率连续波ICSRO信号光输出,调谐范围为1402nm~1513nm,其中在波长1500nm处获得最大功率为820mW,最大的光光转换效率为7.51%。4.在和频理论的基础上,运用角度相位匹配原理,通过详细的计算,选出满足和频实验需求的最佳非线性晶体及其具体参数。5.以ICSRO为基础设计了两种不同实验方案,对利用其泵浦光与信号光腔内和频,产生连续波、可调谐黄橙光输出进行实验研究,并已经利用第一种方案获得604nm~624nm连续波、可调谐黄橙光输出,其中在624nm处获得了最大输出功率为120mW的黄橙光输出,光光转换效率为1.1%。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 综述
• 1.1 1.4μm～1.6μm 近红外光源的研究意义和背景
• 1.1.1 1.4μm～1.6μm 近红外光源的研究意义
• 1.1.2 1.4μm～1.6μm 近红外光源的国内外发展状况
• 1.2 黄橙色激光光源的研究意义和背景
• 1.2.1 黄橙色激光光源的研究意义
• 1.2.2 黄橙色激光光源的国内外发展状况
• 1.3 论文的研究内容
• 第二章 多模泵浦连续波内腔OPO 信号光输出的动力学研究
• 2.1 连续波内腔单谐振OPO 动力学模型
• 2.2 三波互作用耦合波方程
• 2.3 多模泵浦连续波内腔单谐振OPO 的动力学特性分析
• 2.4 连续波内腔单谐振OPO 稳功率特性的研究
• 2.5 连续波内腔单谐振OPO 信号光稳态功率的优化
• 第三章 连续波内腔单谐振OPO 的谐振腔设计优化及PPLN 调谐理论
• 3.1 连续波内腔单谐振OPO 的谐振腔设计与优化
• 4 激光器的热透镜效应'>3.1.1 端面泵浦的Nd:YVO₄激光器的热透镜效应
• 3.1.2 传输圆图解简介
• 3.1.3 热稳腔理论
• 3.1.4 连续波内腔单谐振OPO 的热稳腔设计
• 3.2 非线性晶体PPLN 的调谐特性
• 3.2.1 PPLN-OPO 调谐理论
• 3.2.2 PPLN-OPO 的信号光温度调谐曲线
• 3.2.3 PPLN-OPO 的信号光周期调谐曲线
• 第四章 连续波内腔单谐振PPLN-OPO 信号光输出的实验研究
• 4.1 实验装置
• 4.2 PPLN 不同极化周期的实验研究
• 4.3 PPLN 极化周期为29μm 时的实验研究
• 第五章 连续波PPLN-OPO 和频输出黄橙光的理论研究
• 5.1 和频过程的理论分析
• 5.2 角度相位匹配原理
• 5.2.1 单轴晶体的三波互作用的相位匹配
• 5.2.2 双轴晶体中三波互作用的相位匹配
• 5.3 连续波PPLN-OPO 和频输出黄橙光的理论计算
• 第六章 基于连续波内腔单谐振PPLN-OPO 可调谐黄橙光输出的实验研究
• 6.1 实验装置
• 6.2 连续波可调谐黄橙光输出的实验研究
• 6.3 新方案及展望
• 全文总结
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢