【摘要】：高重頻、納秒級可調(diào)諧中紅外(3-5μm)激光在軍事對抗、大氣環(huán)境監(jiān)測等軍民領(lǐng)域有著廣泛的應用,是近年來激光技術(shù)的一個重要研究分支。以高重頻、窄脈寬1064nm主振蕩功率放大(MOPA)泵浦的PPMgLN光參量振蕩器(OPO)是一種提高中紅外激光運轉(zhuǎn)重頻、壓窄脈寬、實現(xiàn)高功率輸出的有效方法,該方面的研究對于中紅外激光器的發(fā)展有著重要的指導意義。本論文以準相位匹配和光參量振蕩技術(shù)理論研究為切入點,分析了高重頻、窄脈寬中紅外激光轉(zhuǎn)換效率提升的影響因素,重點開展了1064nm-MOPA泵浦結(jié)構(gòu)設計與PPMgLN-OPO器件參數(shù)優(yōu)化,最終實現(xiàn)了高重頻、窄脈寬、可調(diào)諧中紅外激光穩(wěn)定輸出。具體開展的研究工作和取得的主要研究成果如下:理論方面:從準相位匹配和光參量振蕩原理出發(fā),推導了涵蓋偏振態(tài)變化的三波互作用耦合方程,分析了偏振態(tài)耦合和逆轉(zhuǎn)換問題對準相位匹配光參量振蕩器轉(zhuǎn)換效率的影響;基于PPMgLN極化晶體,對PPMgLN-OPO的不同調(diào)諧方式進行了模擬研究。設計方面:分別針對高重頻、窄脈寬1064nm主振蕩功率放大器與PPMgLN光參量振蕩器開展了結(jié)構(gòu)設計與器件參數(shù)優(yōu)化,根據(jù)四能級速率方程研究了不同器件及結(jié)構(gòu)參數(shù)對1064nm主振蕩器重復頻率、脈寬的影響,優(yōu)化設計了高密度LD端面泵浦耦合Nd:YVO4裝置,通過對Nd:YVO4增益介質(zhì)的熱效應理論分析和熱焦距模擬計算,綜合考慮泵浦與諧振光斑模式匹配,優(yōu)化設計了1064nm主振蕩器諧振腔結(jié)構(gòu)參數(shù),同時,從增益飽和效應及放大模式匹配原理入手,完成了模塊化1064nm放大級結(jié)構(gòu)參數(shù)設計;在此基礎上,對單諧振外腔泵浦PPMgLN-OPO的增益、閾值、轉(zhuǎn)換效率、振蕩過程的PPMgLN晶體熱效應進行了理論分析和模擬計算,并由理論分析結(jié)果,確定了耦合腔鏡曲率及膜系透過率、泵浦光斑與振蕩參量光斑比值、腔型尺寸等重要參數(shù)的最佳取值范圍。實驗方面:首先對PPMgLN-OPO高重頻、窄脈寬1064nm主振蕩功率放大器泵浦源進行了實驗研究,主振蕩器諧振腔采用L型折疊腔結(jié)構(gòu),并在腔內(nèi)置入垂直狹縫進行光斑模式限制,放大級采用二級功率放大結(jié)構(gòu),在聲光調(diào)Q重復頻率70kHz下實現(xiàn)了40.1W平均功率、9.82ns窄脈寬的1064nm脈沖激光輸出。應用以上泵浦結(jié)構(gòu),開展了外腔泵浦PPMgLN-OPO實驗研究,采用極化周期29μm、3mm厚度的PPMgLN晶體作為參量變頻介質(zhì),實現(xiàn)了最高3.84μm閑頻光3.24W和1.47μm信號光9.01W的功率輸出。通過分析實驗中出現(xiàn)的能量逆轉(zhuǎn)換現(xiàn)象,進一步改變OPO輸出鏡透過率,調(diào)節(jié)泵浦光偏振態(tài)優(yōu)化模式匹配,獲得了4.86W的3.84μm中紅外激光輸出,脈沖寬度為9.56ns,光-光轉(zhuǎn)換效率達到15.5%,并有效抑制了逆轉(zhuǎn)換效應。最后,分別開展了PPMgLN-OPO周期調(diào)諧和溫度調(diào)諧的實驗研究,采用間隔0.5μm的28.5~31.5μm多周期PPMgLN晶體,通過改變晶體極化周期實現(xiàn)了中紅外激光波長從2965.5~4173.5nm范圍內(nèi)的可調(diào)諧輸出,調(diào)諧帶寬達到1208nm。隨后采用29μm單周期PPMgLN晶體,通過改變晶體工作溫度從25~200℃,得到中紅外光譜連續(xù)變化范圍3765~3974nm。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：長春理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN753.91

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本文編號：2338759