8微米ZGPOPO光束質(zhì)量改善的實驗研究.pdf

1、8-12微米波段處于大氣窗口，因此該波段的光源被廣泛應(yīng)用于包括光電對抗、環(huán)境監(jiān)測和激光雷達(dá)等涉及大氣傳輸?shù)念I(lǐng)域，而光束質(zhì)量作為傳輸性能和光束聚焦能力的直接體現(xiàn)，對該波段的光源來說是一個至關(guān)重要的參數(shù)。8微米磷鍺鋅（ZGP）光學(xué)參量振蕩器（OPO）就是其中一種非常有用的光源，而大能量輸出的ZGP OPO卻普遍存在光束質(zhì)量差的問題，所以本論文旨在對大能量8微米ZGP OPO的光束質(zhì)量做出研究，力求讓其光束質(zhì)量得到很好的改善。
　　首先

2、，為了滿足8微米ZGP OPO對泵浦光源的需要，采用大能量高重頻輸出的2.09微米Ho:YAG激光振蕩器作為其泵浦光源。通過熱場理論和速率方程理論計算分析了該激光器的熱性能和輸出性能，并以此作為初步設(shè)計Ho:YAG激光器的依據(jù)和進(jìn)一步優(yōu)化的參考。隨后進(jìn)行實驗研究，通過偏振隔離雙端泵浦的方式解決了輸出功率不高的問題，并通過設(shè)計腔內(nèi)振蕩光斑以及改變諧振腔結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱透鏡補(bǔ)償?shù)确绞浇鉀Q了大能量脈沖輸出時的損傷問題，最終得到1kHz重頻下31mJ

3、的脈沖能量輸出，對應(yīng)的脈沖寬度和光束質(zhì)量M2因子分別為28ns和1.14，已經(jīng)達(dá)到了ZGP OPO對泵浦源的要求。
　　其次，利用設(shè)計的2.09微米Ho:YAG激光振蕩器作為泵浦源，對8微米ZGP OPO的輸出性能和光束質(zhì)量進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析和實驗研究。理論上利用OPO運轉(zhuǎn)所需要的動量守恒和能量守恒以及其他相關(guān)理論，計算得到了2.09微米泵浦下，實現(xiàn)8微米閑頻光輸出對應(yīng)的信號光波長為2.829微米，相應(yīng)的Ⅰ類和Ⅱ類相位匹配角分別

4、為51.39°和65.12°，并對泵浦閾值、轉(zhuǎn)換效率、接受線寬和接受角進(jìn)行了相應(yīng)的計算，Ⅰ類和Ⅱ類ZGP對應(yīng)的接受角分別為3.93mrad和6.76mrad。實驗上首先為了克服OPO輸出功率不穩(wěn)定造成的光束質(zhì)量難以用移動刀口法進(jìn)行測量的問題，提出了“功率對照法”，并實現(xiàn)了波動功率條件下光束質(zhì)量的準(zhǔn)確可靠測量。隨后通過一系列系統(tǒng)的對比性實驗，分別研究了腔長、相位匹配類型、諧振波長以及諧振腔結(jié)構(gòu)對ZGP OPO光束質(zhì)量的影響情況，經(jīng)過分析后

5、發(fā)現(xiàn)，腔長的增加有助于改善光束質(zhì)量，Ⅱ類相位匹配下腔長增加對光束質(zhì)量的改善作用減弱，長腔長下Ⅰ類相位匹配輸出光束質(zhì)量優(yōu)于Ⅱ類相位匹配，長波諧振比短波諧振更有助于高光束質(zhì)量的輸出，環(huán)形腔結(jié)構(gòu)相比直腔結(jié)構(gòu)能夠顯著提高輸出光束質(zhì)量，在腔長為120mm的環(huán)形腔結(jié)構(gòu)下，Ⅰ類相位匹配長波諧振ZGP OPO得到了非常高的光束質(zhì)量輸出，水平和垂直兩個方向上的光束質(zhì)量M2因子分別為1.20和1.22。
　　所以，本論文在經(jīng)過理論上和實驗上對ZGP