论文部分内容阅读
由于中红外波段激光在光谱测量、大气传输和环境探测方面的重要应用，中红外波段的固体激光器是当前全固态激光技术领域的一个非常重要的研究热点。本论文对目前常用的中红外波段激光器的种类和其发展概况进行了简要介绍，分析比较了准相位匹配光学参量振荡器的优势。
建立了单谐振和双谐振光学参量振荡器的理论模型，以非线性耦合波方程为基础，从光学参量放大的增益和损耗出发，计算了两种模型的振荡阈值和转换效率。在计算光学参量振荡器的转换效率过程中，首先以简单的均匀平面波近似，进而用高斯光波的方法处理，计算并比较了两种模型的效率差别。计算结果表明单谐振光学参量振荡器的阈值高，其在平面波模型中的最高转换效率能达到100％，在高斯光波模型中最高转换效率约为71％;而双谐振光学参量振荡器的阈值低，在线型腔中，平面波模型中的最高转换效率为50％，在高斯光波模型中最高转换效率约为41％，可以通过采用环形腔的方式将转换效率提高一倍。
介绍了准相位匹配技术的原理，对PPMgLN光学参量振荡器的特性进行了研究，以动量守恒和能量守恒为出发点，用折射率Sellmeier方程为基础，对PPMgLN光学参量振荡器的调谐性质进行了分析。将泵浦光波长分为1μm、1.9μm和2μm，依次对PPMgLN光学参量振荡器的输出波长和调谐性能进行了对比，最后得出了在PPMgLN光学参量振荡器中，采用波长为1.9μm激光器作为泵浦源，能获得最大的激光输出效率的结论。
设计了波长为1.9μm的Tm(:)YLF激光器。根据其基质材料的负单轴特性，Tm(:)YLF晶体的发射荧光可分为两个互相垂直的偏振方向π偏振和σ偏振，其发射峰的位置分别处于1880nm和1907nm附近。根据Tm3+离子三能级结构的特性和具体的阈值公式，计算并得到了Tm(∶)YLF激光器的阈值和谐振腔输出腔镜透过率的关系。采用了使用标准具调节激光波长的方法降低了水分子对激光的吸收。采用声光调Q的方式得到了脉冲输出的1.9μm激光器。
完成了采用波长为1.9μm的Tm(∶)YLF脉冲激光器泵浦周期极化晶体PPMgLN的光学参量振荡器的实验。并通过采用两种掺杂浓度不同的Tm(:)YLF晶体建立的激光器作为PPMgLN光学参量振荡器的泵浦源，分别研究了光学参量振荡器的性能。采用掺杂MgO浓度为5％的周期长度为30.5μm的单周期结构的晶体PPMgLN作为光学参量振荡器的非线性晶体，在采用输出镜为50％的情况下，得到的光学参量振荡器的输出信号光和空闲光的总的最高功率为900mW，对应的输出功率增长的斜率效率为70％。在1.9μm泵浦光的功率超过阈值3.2倍时，得到的中红外激光的功率转换效率达到了31％。