【摘 要】
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3-5μm中红外波段因涉及大量气体及水分子的吸收峰,且对空气中颗粒及雾气有着较强的穿透能力,而被广泛应用于大气环境监测、激光雷达探测领域。目前实现中红外激光的方法有很多种,光参量振荡器凭借转换效率高、波长易调谐等优势,随着非线性光学材料的进步而不断的发展。然而,受制基频光谱线宽度及晶体增益谱宽等因素的影响,目前基于光参量振荡技术获得的中红外激光谱线较宽,难以满足市场上对中红外激光光谱精确度的需求。
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3-5μm中红外波段因涉及大量气体及水分子的吸收峰,且对空气中颗粒及雾气有着较强的穿透能力,而被广泛应用于大气环境监测、激光雷达探测领域。目前实现中红外激光的方法有很多种,光参量振荡器凭借转换效率高、波长易调谐等优势,随着非线性光学材料的进步而不断的发展。然而,受制基频光谱线宽度及晶体增益谱宽等因素的影响,目前基于光参量振荡技术获得的中红外激光谱线较宽,难以满足市场上对中红外激光光谱精确度的需求。本文针对基于复合内腔泵浦的3.8μm激光输出光谱较宽且缺乏直接窄线宽器件的技术难题,在理论与实验方面分别对其进行研究,最终实现了基于复合内腔泵浦的3.8μm窄线宽中红外激光输出。理论方面:（1）基于色散方程,模拟了MgO:PPLN光学参量振荡器的晶体周期及温度调谐特性,确定了3.8μm激光波长所对应的晶体参数,为中红外窄线宽激光研究奠定基础;（2）基于三波混变频理论,对闲频光谱线宽度的影响因素进行分析,寻求可间接制约中红外线宽的理论方案;（3）基于F-P标准具的选模原理及透过率曲线获取适合的F-P标准具参数;（4）基于腔型结构设计理论及ABCD矩阵模型,确定复合内腔泵浦的3.8μm中红外光参量振荡器腔型结构参数,并在窄线宽实验中确定F-P标准具对基频光以及信号光谱线压窄的腔型结构。实验方面:首先搭建基于复合内腔泵浦的3.8μm中红外光参量振荡器实验平台,对自由振荡状态下三波谱线宽度进行测量。然后在此基础上进行基频光单F-P标准具实验、基频光及信号光F-P标准具实验。中红外3.8μm处在自由振荡、基频光线宽压缩、基频光及信号光线宽同时压缩实验下获得的谱线宽度分别为3.962 nm、2.236 nm及0.735 nm。为了抑制邻模,在基频光单F-P标准具且信号光双F-P标准具压窄实验中,间接获得了无邻模状态下0.729 nm的3.8μm窄线宽中红外激光输出,此时的输出功率为1.06 W,泵浦-闲频的转换效率为2.41%,脉冲宽度为11.17 ns,在x与y方向上的光束质量分别为Mx~2=1.92和My~2=1.87。该实验证明了:在内腔泵浦的光参量振荡器中,闲频光谱线宽度不仅依赖于基频光谱线宽度,而且受制于信号光谱线宽度。除此之外,厚度不同的双F-P标准具有助于抑制邻模。
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