【摘要】：針對大氣CO_2濃度探測差分吸收激光雷達(dá)的應(yīng)用需求,采用穩(wěn)定環(huán)形腔和模式匹配設(shè)計,搭建了一套單縱模1 064nm激光泵浦的單諧振KTP晶體光參量振蕩器,獲得高斜率轉(zhuǎn)換效率、基橫模的2.05μm波長納秒激光脈沖輸出.在8字形環(huán)形行波穩(wěn)定腔中,將2塊II類相位匹配KTP晶體以走離補(bǔ)償方式放置,在20Hz重復(fù)頻率下,當(dāng)泵浦單脈沖能量達(dá)到11mJ時,獲得了單脈沖能量為2.4mJ的2.05μm信號光輸出,脈寬約24ns,斜率效率達(dá)到53%.2.05μm信號光光束質(zhì)量因子在x、y方向分別為1.3和1.2.
【圖文】：

＝２４ｍｍ，入射角α＝１５°，總腔長１９０ｍｍ．此時，諧振腔穩(wěn)定性因子ｇ１ｇ２在子午面和弧矢面大小分別為０．４９和０．５２，腔穩(wěn)定性處于穩(wěn)定區(qū)中間區(qū)域．圖２給出了環(huán)形腔內(nèi)不同位置處基橫模光斑半徑變化分布的理論仿真結(jié)果，可以看出，腔內(nèi)兩平鏡連線中心和兩凹鏡連線中心分別存在一個束腰，并且兩凹鏡連線中心處振蕩模光斑分布均勻性更好，因此將兩塊ＫＴＰ晶體對稱置于兩凹鏡連線的中心處，該處子午面和弧矢面的振蕩基橫模束腰半徑分別為３３７μｍ和３４２μｍ．圖１環(huán)形腔結(jié)構(gòu)Ｆｉｇ．１Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｒｉｎｇｃａｖｉｔｙ圖２腔模光斑半徑分布Ｆｉｇ．２Ｂｅａｍｒａｄｉｕｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｃａｖｉｔｙｍｏｄｅ１．２實驗裝置實驗采用的８字形環(huán)形腔單諧振ＫＴＰ－ＯＰＯ裝置如圖３，輸出耦合平凹鏡Ｍ１對泵浦光高透，對信號光部分透過；平凹鏡Ｍ２與兩平鏡Ｍ３、Ｍ４均對信號光高反、泵浦光高透，對空閑光透過率大于５０％，以實現(xiàn)ＯＰＯ單諧振運(yùn)轉(zhuǎn)，泵浦源為自行研制的２０Ｈｚ１０６４ｎｍ單縱模脈沖全固態(tài)激光器［２２］，脈寬約為２９ｎｓ，其脈沖波形如圖４（ａ）．輸入環(huán)形腔的泵浦單脈沖能量通過半波片（ＨａｌｆＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＰｌａｔｅ，ＨＷＰ）與偏振分束器（ＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＢｅａｍＳｐｌｉｔｔｅｒ，ＰＢＳ）組成的衰減器實現(xiàn)０～１１ｍＪ可調(diào)，由ＰＢＳ反射的豎直偏振泵浦光滿足相位匹配要求．使用焦距為ｆ＝５００ｍｍ的平凸透鏡將泵浦光聚焦到ＫＴＰ晶體處，用ＣＣＤ測得晶體中心處的泵浦光斑直徑約為

１］ｆｍｅｒｉｄ＝Ｒ２ｃｏｓα（４）ｆｓａｇｉｔ＝Ｒ２ｃｏｓα（５）實驗設(shè)計環(huán)形諧振腔時，，為減小像散并兼顧結(jié)構(gòu)緊湊，通過對諧振腔各鏡間距、相對角度及平凹鏡曲率半徑等參量的迭代優(yōu)化，最后給出如下的腔參量設(shè)計：凹鏡曲率半徑Ｒ＝６６０ｍｍ，Ｌ１＝６４ｍｍ，Ｌ２＝５１ｍｍ，Ｌ３＝２４ｍｍ，入射角α＝１５°，總腔長１９０ｍｍ．此時，諧振腔穩(wěn)定性因子ｇ１ｇ２在子午面和弧矢面大小分別為０．４９和０．５２，腔穩(wěn)定性處于穩(wěn)定區(qū)中間區(qū)域．圖２給出了環(huán)形腔內(nèi)不同位置處基橫模光斑半徑變化分布的理論仿真結(jié)果，可以看出，腔內(nèi)兩平鏡連線中心和兩凹鏡連線中心分別存在一個束腰，并且兩凹鏡連線中心處振蕩模光斑分布均勻性更好，因此將兩塊ＫＴＰ晶體對稱置于兩凹鏡連線的中心處，該處子午面和弧矢面的振蕩基橫模束腰半徑分別為３３７μｍ和３４２μｍ．圖１環(huán)形腔結(jié)構(gòu)Ｆｉｇ．１Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｒｉｎｇｃａｖｉｔｙ圖２腔模光斑半徑分布Ｆｉｇ．２Ｂｅａｍｒａｄｉｕｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｃａｖｉｔｙｍｏｄｅ１．２實驗裝置實驗采用的８字形環(huán)形腔單諧振ＫＴＰ－ＯＰＯ裝置如圖３，輸出耦合平凹鏡Ｍ１對泵浦光高透，對信號光部分透過；平凹鏡Ｍ２與兩平鏡Ｍ３、Ｍ４均對信號光高反、泵浦光高透，對空閑光透過率大于５０％，以實現(xiàn)ＯＰＯ單諧振運(yùn)轉(zhuǎn)，泵浦源為自行研制的２０Ｈｚ１０６４ｎｍ單縱模脈沖全固態(tài)激光器［２２］，脈寬約為２９ｎｓ，其脈沖波形如圖４（ａ）．輸入環(huán)形腔的泵浦單脈沖能量通過半波片（ＨａｌｆＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＰ

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