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光纤激光泵浦的光学参量振荡研究 1

2012-11-05 00:02
汉水狂客
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  光学参量振荡器是一种利用非线性晶体的混频特性实现光学频率变换的器件,同时它又是波长可调谐的相干光源,具有调谐范围宽、结构紧凑、小型化、全固化等优点,而且可实现大功率、窄线宽输出。高重复频率的超短脉冲源在通信、非线性光谱学和显微等领域具有广泛的应用前景,中红外波段高重频超短脉冲激光还可应用于中红外材料的刻蚀和加工处理。传统的产生高重频超短脉冲的方法大多采用锁模激光器,然而其输出波长范围有限;以同步泵浦方式运转的OPO是一种多用途的可调谐高重频超短脉冲光源,能达到传统锁模激光器无法覆盖的光谱范围。其中,同步泵浦的皮秒OPO不仅能够在短脉宽和窄线宽之间取得平衡而且有高平均功率输出的发展潜力。

  本文基于高功率光纤激光器泵浦源以及准相位匹配技术,围绕小型化全固态中红外皮秒脉冲激光源的研制开展了初步的研究和探索。研究结果可用于指导全固态中红外光学参量振荡器的功率提升、性能改善及应用拓展,对高功率皮秒脉冲光学参量振荡器的研制和实用化具有参考价值。

  1.2 光学参量振荡器简介与研究概况

  1.2.1 同步泵浦光学参量振荡器简介

  1962年Kroll首先提出了OPO理论,1965年美国贝尔实验室J.A.Giordmaine和R.C.Miller首先采用铌酸锂(LiNbO3)晶体作为非线性光学材料,成功实现了OPO运转。随后,人们在理论上不断完善和发展光学参量理论;在实验上探索了OPO谐振腔结构、相位匹配和调谐方式,获得了较窄的光谱线宽及较大的调谐范围。经过多年的研究,到上世纪80年代中后期,光学参量振荡器己有商品出现进入了实用阶段。

  图1  商用化中红外OPO产品

  光学参量振荡器与激光器的主要区别在于:激光器利用工作物质本征能级间的受激跃迁辐射光子从而提供增益,光学参量振荡器则利用介质材料的非线性效应产生增益。为了获得较强的非线性效应,通常要用具有高峰值强度的脉冲激光作为光学参量振荡器的泵浦源。

  因此,具有皮秒或者飞秒脉宽的超短脉冲对于光学参量振荡器是一种很合适的运转方式。此外,由于超短脉冲的单脉冲能量很低,对晶体材料的损伤阈值较高,可以使用高功率高重频激光泵浦源以获得高平均功率参量输出。与连续或者纳秒脉冲OPO不同,超短脉冲OPO的运转基于同步泵浦原理。

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