高功率百皮秒级激光频率转换技术研究

• 作 者: 蒋栗
• 出 处: 哈尔滨工业大学
• 发表日期: 2016年期
• 关键词: 受激布里渊散射压缩 高功率激光 频率转换

高脉冲能量的窄脉宽固体激光器以其能量高、功率密度高的特点在光谱技术、雷达技术等领域有着相当广泛的应用前景。以受激布里渊散射(SBS)效应对脉宽进行压缩,可以在进一步提高激光器脉冲功率密度、单模输出的前提下,保证比较好的光束质量,在超短脉冲激光领域有着独特的地位。频率转换模块作为大多数激光器的关键部件,可以使激光器输出脉冲的波长从近红外拓展至可见光直至紫外波段,从而使激光器的用途更为广泛。因此,将SBS压缩技术与频率转换技术相结合可以更有效地发挥SBS压缩技术的优势。然而,SBS压缩脉冲有着高能量、高功率密度的特点,对于频率转换所用的非线性晶体有着相当多的限制。本文针对高功率百皮秒级激光器,对高效倍频与三倍频方案进行了研究、模拟和优化。在此基础上,实现高效倍频与三倍频设计方案,通过实验得到了高转换效率的倍频、三倍频输出。本论文首先通过推导与分析倍频与和频的物理模型,结合晶体光学理论,选择适合实验室条件的常用非线性晶体进行方案设计与分析对比。然后,以理论分析为基础编写和频过程的模拟计算程序,通过与文献中的模拟结果进行对比以验证计算程序的正确性。以计算程序对所选的倍频晶体进行数值模拟,给出高效的倍频方案。再通过实验,最终选择LBO晶体I类相位匹配进行倍频,倍频转换效率最高达73.9%,且能保证连续运转,实现了高效的倍频过程。同时,再以实验数据证明计算程序的正确性。最后,将倍频过程中所用的计算程序改写为和频计算程序,通过与文献模拟结果对比验证计算程序的正确性。选取LBO晶体为和频晶体进行高效和频方案设计,给出高效的和频方案。通过实验,和频效率最高达34.2%,能够连续运转,实现了高效的和频过程。