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利用全固态激光器泵浦周期极化铌酸锂晶体,制成准相位匹配光学参量振荡器(OPO),通过调整相关参数,实现输出功率高、效率高、可调谐波长范围大、结构紧凑而体积小的红外可调谐光源,满足光通讯、红外对抗、远程传感、及光谱学研究等诸多领域的应用需求。
掺镁铌酸锂晶体以其优异的抗光折变性能和较低的矫顽场,在非线性光学频率变换领域有着更为广泛的应用前景。本文对基于周期极化掺镁铌酸锂晶体的准相位匹配光参量振荡器进行了理论分析和实验研究。主要内容有:
1.介绍了光参量振荡器的研究现状、准相位匹配技术的优点与原理。
2.阐述了掺镁铌酸锂晶体极化反转的实验方法。采用短脉冲极化电流技术来消除极化电流的热效应,实现了1mm厚周期极化光栅的制备。
3.从理论分析了基于周期极化掺镁铌酸锂晶体的光参量振荡器,给出了温度调谐、周期调谐以及波长调谐曲线。
4.对PPMgLN OPO进行了实验研究。使用周期为301μm的PPMgLN在室温下得到低阈值、高转换效率的1503nm信号光输出,输出功率为36mW:通过温度调谐,得到了稳定的1503nm~1550nm波段信号光输出。在温度为180℃时,信号光输出功率为94mW,转换效率为19.1%。
5.根据PPMgLN的周期调谐实验结果,将周期调谐(29~31μm)与温度调谐(30~180℃)相结合,得到了稳定的1445~1685nm的无重叠连续可调谐宽波段输出。
6.调谐PPMgLN晶体的温度(110~160℃),得到闲频光输出波长为3296.0~3200.0nm,调谐宽度约为96.0nm。随着输入功率的提高,闲频光功率也随之基本成正比升高。在输入功率3600mW时,输出功率456mW,此时转换效率最大,达到12.67%:随着输入功率增加,在4.3W得到最大输出功率515mW,转换效率11.98%。