發(fā)布時間：2020-08-17 16:41

【摘要】：光學參量振蕩器是產(chǎn)生中紅外激光的一種重要方法。本論文提出并研究了一種以單模半導體激光器作為外部泵浦源,以Yb:KYW晶體和MgO:PPLN分別作為激光器增益介質(zhì)和非線性材料的內(nèi)腔單諧振光參量振蕩器(ICSRO),其主要特點是閾值低,輸出功率穩(wěn)定,結(jié)構(gòu)緊湊。本論文還通過數(shù)值計算的方法仿真了連續(xù)波Yb:KYW激光器和ICSRO的動力學過程,并探究了腔內(nèi)非線性損耗對馳豫振蕩的影響,并提出了利用雙光子吸收效應來改善ICSRO功率穩(wěn)定性的新方案。主要研究內(nèi)容包括以下幾個部分:1.數(shù)值計算了Yb:KYW激光器和基于該激光器的ICSRO的動力學特性,探究了存在腔內(nèi)非線性損耗時激光器和ICSRO的馳豫振蕩特性的變化,表明腔內(nèi)非線性損耗可以有效抑制馳豫振蕩。2.設(shè)計并搭建了單模半導體激光器泵浦的Yb:KYW激光器,該結(jié)構(gòu)具有低泵浦噪聲和量子缺陷的優(yōu)點,并測量了其輸出功率、光譜和馳豫振蕩特性。3.設(shè)計并搭建了基于Yb:KYW激光器和PPLN晶體的ICSRO,測量了閾值、輸出功率特性、光譜和光斑分布,詳細研究了其馳豫振蕩和穩(wěn)態(tài)功率特性,表明其具有良好的功率穩(wěn)定性。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN248.4;TN753.91
【圖文】：

可以檢測出氣體成分和濃度。一些典型的氣體分子在 3-5 μm (2000-3300 cm-1) 波段的光譜吸收特性如圖1-1 所示[5]，圖中灰色部分表示水蒸氣的吸收，圖中的吸收線強度沒有考慮各種氣體在大氣中的組成。3-5 μm 波段也稱為大氣窗口，因為該波段的光在大氣中具有良好的透過率，同時 C-H、N-H 和 O-H 鍵在該波段具有最強的振動躍遷帶。因此，中紅外波段在分子光譜學中具有重要的研究和應用價值。采用中紅外光譜學技術(shù)，可以對常見的氣體分子進行快速、高靈敏度的定性與定量檢測。應用領(lǐng)域包括大氣和環(huán)境監(jiān)測、基于呼吸氣體成分分析的醫(yī)學診斷、室內(nèi)或車內(nèi)氣體成分檢測、產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控等。同時，中紅外波段的相干光源在激光通信、軍事上的激光雷達、紅外對抗[6]等方面均發(fā)揮著巨大的作用。

圖 1-2 (a)外腔泵浦 OPO (b)內(nèi)腔泵浦 OPO[22]M. Papuchon[23]等人通過激光器的半經(jīng)典理論推導了單，給出了其在脈沖狀態(tài)下的特性。1997 年英國圣安德小組使用 Ar 離子激光器泵浦的摻鈦藍寶石（Ti:S）激光酸鋰（PPLN），實現(xiàn)首次 ICSRO 的運轉(zhuǎn)，6 W 的 Ar 離子）產(chǎn)生 280 mW 的輸出，波長調(diào)節(jié)范圍為 2.30-3.33 μm穩(wěn)定性。隨后該研究小組在 M. Papuchon 等人推導的動力于四能級的增益物質(zhì)，連續(xù)波單諧振內(nèi)腔 OPO 的穩(wěn)態(tài)輸理論上指出了該結(jié)構(gòu) OPO 不會有不穩(wěn)定性問題，同時指壽命、泵浦光的腔壽命和信號光的腔壽命將影響實際的 LD 泵浦的連續(xù)波 Nd:YVO4激光器和 PPLN 非線性晶體有很好的轉(zhuǎn)換效率和緊湊的結(jié)構(gòu)，但是有 OPO 過程相

非線性晶體產(chǎn)生的新的頻率為3 的線偏振光信號，其示意圖如圖2-1。圖 2-1 和頻或差頻產(chǎn)生示意圖[39]當非線性相互作用不是太強的情況下，方程(2-5)右端的非線性驅(qū)動項比較小，在物

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