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共线准相位匹配光学参量过程的研究

作　者: 张铁犁
导　师: 姚建铨
学　校: 天津大学
专　业: 物理电子学
关键词: 光学参量振荡 光学参量产生 准相位匹配 周期极化晶体 共线 双波长 可调谐 窄线宽 中红外
分类号: O437
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


准相位匹配技术(QPM)是非线性光学频率变换领域中的一个重要组成部分,以其转换效率高、调谐方式灵活的特点受到众多科学家的青睐。基于共线准相位匹配的光学参量过程(包括光学参量振荡OPO和光学参量产生OPG)是获得高效可调谐光源的重要手段之一。利用共线QPM-OPO/OPG,可以使以往传统双折射相位匹配无法达到的目标成为可能,使可调谐光源更好地为其他科研领域和应用领域服务。本文的研究工作集中在利用共线QPM-OPO或OPG实现可调谐的双波长激光、近红外激光、中红外激光、窄线宽激光几个方面,这些激光器在气体检测、污染监测、军事红外对抗、通信、科学研究等方面具有重要的应用前景。本文的主要内容及创新点归纳如下:1.在理论上提出反向倒格矢的概念,对-1阶准相位匹配过程的调谐特性进行分析和计算,并引入后向波OPO的概念,对共线准相位匹配参量互作用的各种匹配形式进行系统总结,给出在各匹配形式下共线准相位匹配的周期调谐特性;2.对QPM双信号光OPO进行理论与实验研究。考虑泵浦光焦点位置对双信号光输出功率比例的影响,给出双信号光OPO中获得同比例输出的条件。采用双周期极化晶体,共用一个OPO谐振腔,通过温度和周期调谐,可以获得波长间隔在2.5 nm~69.1 nm间调谐的双波长。在重复频率50kHz、泵浦功率为3W时,双信号光的平均输出功率最高可达169.6mW。这是首次将周期极化晶体应用到双晶体双信号光QPM-OPO的实验研究;3.进行种子注入锁定共线QPM-OPO的实验研究。首先采用半导体单端泵浦环行腔单频1064nm Nd:YVO4激光器,获得9W连续输出的单频1064nm激光,光-光转换效率为36.6%。功率水平在单端泵浦的单频激光器方面处于国内领先水平。然后在激光器中,加入声光Q开关提高峰值功率,泵浦种子注入锁定的共线QPM-OPO,获得1510nm~1630.8nm的可调谐窄线宽相干光,输出线宽达到测量仪器的分辨极限0.06nm,信号光的平均输出功率最高可达56.9mW;4.对半导体泵浦的准相位匹配内腔OPG进行理论与实验研究。根据光学参量产生的耦合波方程以及声光Q开关运转的四能级系统速率方程,分析内腔OPG过程的动态特性以及输入输出特性。并采用Nd:YVO4晶体为激光介质,以PPLN为非线性晶体进行了准相位匹配内腔光学参量振荡的实验研究,实验获得1.497~1.517μm的可调谐激光输出,最高平均输出信号光功率达330mW,从半导体泵浦光到信号光的转换效率达5.5%;5.采用PPMgLN晶体,进行室温运转中红外QPM-OPO的实验研究。在室温情况下,获得超过1W的3.629μm中红外相干光,转换效率达到26.7%。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-8
第一章 绪论  8-28
  1.1 准相位匹配技术概述  9-19
  1.2 准相位匹配光学参量振荡技术发展现状  19-22
  1.3 国内外QPM-OPO 领域的研究机构  22-25
  1.4 论文的主要内容  25-28
第二章 共线准相位匹配光学参量过程理论分析  28-54
  2.1 非线性相互作用的耦合波方程  28-33
  2.2 准相位匹配技术的基本原理  33-34
  2.3 -1 阶准相位匹配光参量过程的理论分析  34-40
  2.4 后向波准相位匹配光参量过程的理论研究  40-52
  2.5 本章小结  52-54
第三章 双信号光光学参量振荡的实验研究  54-66
  3.1 双信号光OPO 的输出特性分析  55-59
  3.2 双信号光OPO 实验及结果  59-65
  3.3 本章小结  65-66
第四章 种子注入锁定光学参量振荡的实验研究  66-86
  4.1 OPO 单频泵浦源的实验研究  66-79
  4.2 种子注入锁定PPLN-OPO 的实验研究  79-85
  4.3 本章小结  85-86
第五章 准相位匹配内腔光学参量产生的实验研究  86-96
  5.1 内腔光学参量产生的理论研究  86-91
  5.2 准相位匹配内腔光学参量产生的实验研究  91-95
  5.3 本章小节  95-96
第六章 室温运转中红外光学参量振荡的实验研究  96-105
  6.1 中红外激光的综述  96-100
  6.2 室温运转中红外PPMgLN-OPO 的实验研究  100-104
  6.3 本章小节  104-105
参考文献  105-125
发表论文和科研情况说明  125-127
致谢  127

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 光学 > 非线性光学（强光与物质的作用）
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