中红外光参量振荡器及其应用技术的研究

论文摘要

光参量振荡器由于具有调谐范围宽、效率高、结构简单、工作可靠等特点，是获得宽带可调谐、高相干辐射光源和新波段激光系统的重要途径。尤其是近年来，随着一批新型优质非线性光学晶体的发明、成熟和大量应用，以及非线性光学频率变换和可调谐激光技术的飞速发展，在光参量振荡器及其应用技术这一研究领域取得了不少十分重要的突破，其主要应用领域已包括：环境监测、遥感、医疗诊断和治疗、激光光谱学研究、材料处理、数据通信、光电测量、激光测距、激光雷达、红外对抗等。因此，光参量振荡器及其应用技术的研究已发展成为一门交叉学科，并展现出它越来越独特的魅力。本论文对光参量振荡器及其应用技术进行了研究，主要的研究工作包括以下几个方面： 一、广泛调研了国内外中红外光参量振荡器的研究现状和发展趋向，明确了自身研究工作的重点和发展方向。 二、对光参量振荡器中三波互作用的基本理论进行了分析，对其特性参数进行了计算，给出了光参量振荡过程的模型和耦合波方程，并对非临界相位匹配和准相位匹配理论作了介绍。 三、对光参量振荡器的增益、阈值、转换效率、谱线宽度、热效应等特性

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 光参量振荡器概述
• 1.2 光参量振荡器的发展历史
• 1.3 国内外研究现状和发展趋向
• 1.3.1 国内外研究现状
• 3—OPO的进展'>1.3.1.1 LiNbO₃—OPO的进展
• 1.3.1.2 KTA—OPO的进展
• 2—OPO的进展'>1.3.1.3 ZnGeP₂—OPO的进展
• 2及AgGaSe₂—OPO的进展'>1.3.1.4 AgGaS₂及AgGaSe₂—OPO的进展
• 1.3.2 光参量振荡器的发展趋向
• 1.4 本论文的主要研究工作
• 第二章 光参量振荡器的基本理论
• 2.1 光参量振荡器中三波互作用的理论分析及计算
• 2.1.1 单色平面波在非线性晶体中的传播
• 2.1.1.1 单色平面波在单轴晶体中的传播
• 2.1.1.2 单色平面波在双轴晶体中的传播
• 2.1.2 单轴晶体中三波互作用的理论分析及计算
• 2.1.2.1 相位匹配条件及角度相位匹配
• 2.1.2.2 光波的走离角
• 2.1.2.3 角度相位匹配的允许角
• 2.1.2.4 有效非线性系数
• 2.1.3 双轴晶体中三波互作用的理论分析及计算
• 2.1.3.1 三波互作用的相位匹配
• 2.1.3.2 有效非线性系数的计算
• 2.1.3.3 允许参量的计算
• 2.1.3.4 走离角的计算及其对三波互作用的影响
• 2.2 光参量振荡器的模型及耦合波方程
• 2.2.1 光参量振荡器的模型
• 2.2.2 耦合波方程
• 2.3 非临界相位匹配和准相位匹配理论
• 2.3.1 非临界相位匹配
• 2.3.2 准相位匹配
• 2.3.2.1 准相位匹配的基本原理
• 2.34.2.2 准相位匹配的优点
• 2.4 本章小结
• 第三章 光参量振荡器的设计及其特性分析
• 3.1 脉冲光参量振荡器的特性分析
• 3.1.1 光参量振荡器的增益
• 3.1.2 光参量振荡器的阈值
• 3.1.3 光参量振荡器的转换效率
• 3.1.4 光参量振荡器的谱线宽度
• 3.1.5 非线性晶体中的热效应及对光参量振荡器的影响
• 3.2 光参量振荡器的设计中应考虑的关键技术问题
• 3.3 本章小结
• 第四章 几种中红外光参量振荡器的研究
• 4.1 BBO—OPO的理论和实验研究
• 4.1.1 BBO—OPO的理论分析
• 4.1.1.1 BBO晶体的光学特性
• 4.1.1.2 BBO—OPO的相位匹配特性
• 4.1.2 BBO—OPO的实验研究
• 4.1.2.1 BBO—OPO的泵浦源
• 4.1.2.2 BBO—OPO的实验装置
• 4.1.2.2 BBO—OPO的输出特性
• 4.2 KTP—OPO的理论和实验研究
• 4.2.1 KTP—OPO的理论分析
• 4.2.1.1 KTP晶体的光学特性
• 4.2.1.2 KTP—OPO的相位匹配特性
• 4.2.2 KTP—OPO的实验研究
• 4.2.2.1 KTP—OPO的泵浦源
• 4.2.2.2 KTP—OPO的实验装置
• 4.2.2.3 KTP—OPO采用的关键技术
• 4.2.2.4 KTP—OPO的输出特性
• 3—OPO的理论和实验研究'>4.3 LiNbO₃—OPO的理论和实验研究
• 3—OPO的理论分析'>4.3.1 LiNbO₃—OPO的理论分析
• 3晶体的光学特性'>4.3.1.1 LiNbO₃晶体的光学特性
• 3—OPO的相位匹配特性'>4.3.1.2 LiNbO₃—OPO的相位匹配特性
• 3—OPO的实验研究'>4.3.2 LiNbO₃—OPO的实验研究
• 3—OPO的泵浦源'>4.3.2.1 LiNbO₃—OPO的泵浦源
• 3—OPO的实验装置'>4.3.2.2 LiNbO₃—OPO的实验装置
• 3—OPO的输出特性'>4.3.2.3 LiNbO₃—OPO的输出特性
• 4.4 KTA—OPO的理论和实验研究
• 4.4.1 KTA—OPO的理论分析
• 4.4.1.1 KTA晶体的光学特性
• 4.4.1.2 KTA—OPO的相位匹配特性
• 4.4.1.3 KTA—OPO的理论设计
• 4.4.2 KTA—OPO的实验研究
• 4.4.2.1 KTA—OPO的实验装置
• 4.4.2.2 KTA—OPO的输出特性
• 4.4.2.3 KTA—OPO的工作模式分析
• 2—OPO的理论研究'>4.5 ZnGeP₂—OPO的理论研究
• 2晶体的光学特性'>4.5.1 ZnGeP₂晶体的光学特性
• 2—OPO的相位匹配特性'>4.5.2 ZnGeP₂—OPO的相位匹配特性
• 2—OPO的有效非线性系数和增益'>4.5.3 ZnGeP₂—OPO的有效非线性系数和增益
• 2—OPO的走离角和相位匹配允许角'>4.5.4 ZnGeP₂—OPO的走离角和相位匹配允许角
• 2—OPO的理论研究'>4.6 AgGaS₂—OPO的理论研究
• 2晶体的光学特性'>4.6.1 AgGaS₂晶体的光学特性
• 2—OPO的相位匹配特性'>4.6.2 AgGaS₂—OPO的相位匹配特性
• 2—OPO的有效非线性系数和增益'>4.6.3 AgGaS₂—OPO的有效非线性系数和增益
• 2—OPO的走离角和相位匹配允许角'>4.6.4 AgGaS₂—OPO的走离角和相位匹配允许角
• 4.7 利用差频（DFG）技术产生中红外激光的研究
• 4.7.1 DFG的基本原理
• 4.7.2 DFG的理论分析
• 4.7.3 Nd：YAG激光器输出1.444μm激光的实验研究
• 4.7.3.1 色散棱镜法输出1.444μm激光
• 4.7.3.2 两镜镀膜直腔法输出1.444μm激光
• 4.7.3.3 1.444μm激光的调Q输出
• 4.8 本章小结
• 第五章 光腔衰荡光谱法测量高反射率的研究
• 5.1 应用背景和意义
• 5.1.1 研究背景
• 5.1.2 光腔衰荡光谱技术的发展历史和研究现状
• 5.2 光腔衰荡光谱法测量高反射率的基本原理
• 5.2.1 直型CRDS法测反射率的基本原理
• 5.2.2 复合型CRDS法测反射率的基本原理
• 5.3 光腔衰荡光谱法测量高反射率的理论分析
• 5.3.1 CRDS法测量高反射率实验装置的设计
• 5.3.2 CRDS法测量高反射率的误差精度分析
• 5.4 1.315μm高反射率精密测量的研究
• 5.4.1 实验装置
• 5.4.2 实验结果
• 5.4.3 实验数据处理方法分析
• 5.4.4 1.315μm高反射率精密测量装置的可靠性分析
• 5.4.4.1 OPO光源不稳定特性的影响
• 5.4.4.2 衰荡腔腔长的影响
• 5.4.4.3 光阑孔径和探测器位置的影响
• 5.4.4.4 模式匹配的影响
• 5.4.4.5 衰荡腔镜反射率的影响
• 5.5 3.8μm高反射率精密测量的研究
• 5.5.1 实验装置
• 5.5.2 实验装置的光路调整
• 5.5.3 望远镜系统的设计
• 5.6 本章小结
• 第六章 光参量振荡器在红外对抗技术中的应用研究
• 6.1 应用背景和意义
• 6.2 国内外研究现状和发展趋势
• 6.2.1 关键技术及其进展
• 6.2.1.1 红外告警系统的进展
• 6.2.1.2 用于定向红外干扰激光器的进展
• 6.2.2 激光定向红外干扰的发展趋势
• 6.3 激光红外对抗的基本理论
• 6.3.1 红外导引头的工作原理
• 6.3.1.1 非成像红外导引头的工作原理
• 6.3.1.2 热成像红外导引头的工作原理
• 6.3.2 激光红外对抗的原理分析
• 6.3.2.1 对自动增益控制（AGC）的干扰
• 6.3.2.2 对光电探测器的干扰
• 6.3.3 干扰激光能量分析
• 6.4 实验研究
• 3—OPO的干扰实验'>6.4.1 LiNbO₃—OPO的干扰实验
• 6.4.2 KTA—OPO的干扰实验
• 6.4.3 实验结果分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 附录