多路光纤激光泵浦外腔MgO:PPLN中红外光参量振荡器研究

作     者：葛津竹 

作者单位：长春理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：于永吉

授予年度：2022年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

主      题：多路1065nm掺镱光纤激光器泵浦源 中红外 MgO:PPLN 光参量振荡器 

摘      要：3-5μm中红外波段处于大气透过率较高的区域,已广泛应用于材料加工,外科手术,电子通信,光谱学,国防应用和基础科学等领域研究。基于非线性晶体MgO:PPLN的光参量振荡是获得3-5μm中红外激光的一种有效技术手段。多路光纤耦合泵浦MgO:PPLN-OPO技术可以有效降低晶体热效应,提高参量光振荡系统的注入功率。当泵浦注入功率增大时,多路泵浦方式可以分散OPO中非线性晶体的热效应积累,从而避免光束质量劣化、晶体损伤等问题,是实现激光输出功率提升的一种有效举措。本文将从1065 nm掺镱全光纤激光器(Ytterbium-doped Fiber Laser,YDFL)三级放大系统的设计和多路外腔泵浦MgO:PPLN-OPO的理论分析及结构优化出发,对多路光纤泵浦MgO:PPLN-OPO的3.4μm中红外激光输出性能进行研究,以实现高效率的多路泵浦3.4μm中红外激光输出,具体工作如下:理论方面:数值模拟基于准相位匹配的非线性晶体MgO:PPLN的调谐曲线。分析多路泵浦下OPO增益、阈值的影响因素,指出与单路泵浦结构相比,多路泵浦结构产生的三程增益可以提高激光输出能量,同时多路增益技术可以有效降低激光器的阈值。模拟多路泵浦条件下非线性晶体的温度场分布,通过多路泵浦结构可以减少晶体内热效应的积累。建立了多路光纤泵浦MgO:PPLN-OPO的腔型结构,优化设计多路泵浦谐振腔腔长、腔镜曲率、聚焦深度、光斑匹配交叠等结构参数,为高效率的OPO输出提供指导。实验方面:首先对1065 nm YDFL的三路光纤泵浦源进行输出性能测试研究,确定各路泵浦源的输出特性;之后开展单路、双路、三路光纤激光泵浦的外腔光参量振荡器实验研究。利用不同形态的光纤泵浦方式泵浦MgO:PPLN-OPO,研究了不同重频、脉宽下光参量振荡输出特性,并进行了多路光纤激光聚焦合束实验。试验结果表明,通过改变聚焦深度,以实现多路光束聚焦调控,达到了预期的调焦及光斑重叠目的。最终采用三路光纤泵浦MgO:PPLN-OPO,在三路总泵浦功率为37 W、重频为100k Hz,脉宽为200 ns条件下,获得最高平均功率为5.73W的参量光输出,输出波长为3.43μm,光-光转换效率为15.4%,光束质量因子M=1.83,输出脉宽为147.7 ns。