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百赫茲大能量中短波雙波長(zhǎng)光參量振蕩器

更新時(shí)間:2025-07-02點(diǎn)擊次數(shù):108

  百赫茲大能量中短波雙波長(zhǎng)光參量振蕩器


  1.5 μm和3~5 μm波段的激光均位于大氣近紅外窗口,對(duì)空氣(包括戰(zhàn)場(chǎng)硝煙,尤其是以、白磷為主的煙霧)的穿透性很強(qiáng),在激光干擾、激光雷達(dá)和**方面具有很高的應(yīng)用價(jià)值。


  非線性晶體KTiOAsO4(KTA)具有高損傷閾值、大非線性系數(shù)等優(yōu)點(diǎn),因此KTA-OPO在輸出大能量中短波激光方面?zhèn)涫芮嗖A。但較大能量的中短波激光器重復(fù)頻率大多低于100 Hz,達(dá)到100 Hz、百毫焦量級(jí)的激光輸出報(bào)道較少。


  為了在百赫茲重復(fù)頻率下獲得大能量的中短波KTA-OPO激光系統(tǒng),山東大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院劉兆軍教授課題組搭建了百赫茲、大能量、中短波雙波長(zhǎng)激光器。該系統(tǒng)由半導(dǎo)體側(cè)泵Nd:YAG主功率放大系統(tǒng)和KTA-OPO組成,實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。


  圖1 實(shí)驗(yàn)裝置圖


  OPO系統(tǒng)中不可少的是能量高、光束質(zhì)量好的泵浦源,團(tuán)隊(duì)自主研制了Nd:YAG主振蕩放大器。在泵浦源放大器中,由于受到熱效應(yīng)的影響,光束質(zhì)量和平均功率的提升均受到了限制。因此,為了獲得高光束質(zhì)量,泵浦源采用非穩(wěn)腔振蕩器+兩級(jí)放大器的方案。經(jīng)過兩級(jí)放大最終得到1064 nm激光能量為580 mJ,光束質(zhì)量M2 x和M2 y分別為4.6和3.7.如圖2所示。


  圖2 放大器輸出能量。插圖為光束質(zhì)量


  在OPO實(shí)驗(yàn)中,采用X方向(?=0°,θ=90°)切割的KTA晶體,與兩個(gè)腔鏡組成單共振OPO平-平腔的裝置。OPO平-平腔具有閾值低、效率高的優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)化OPO腔長(zhǎng)并選擇最佳非線性晶體長(zhǎng)度,得到OPO輸出能量(圖3)。


  光參量振蕩的閾值為20 mJ,最大泵浦入射能量為580 mJ時(shí),參量光總能量為242 mJ,泵浦光到參量光的光-光轉(zhuǎn)換效率為43.6%。1.53 μm信號(hào)光和3.47 μm閑頻光的單脈沖能量分別為178 mJ和64 mJ。


  圖3 KTA-OPO的輸出能量曲線


  團(tuán)隊(duì)觀測(cè)了參量光輸出的典型脈沖,如圖4所示。在最大泵浦能量時(shí),1.54 μm和3.47 μm波長(zhǎng)的脈沖寬度分別為13.7 ns和11.8 ns。


  圖4 OPO在最大輸出能量時(shí)的典型脈沖


  課題組未來(lái)會(huì)進(jìn)一步開展更加深入的研究工作,結(jié)合相關(guān)措施,突破現(xiàn)有技術(shù)難題,對(duì)大能量中短波激光系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行有效提升,往更大能量、更高重復(fù)頻率、更多波長(zhǎng)、更好光束質(zhì)量方向努力。

  通過對(duì)光路的合理布局以及水路、電路集成化設(shè)計(jì),最終實(shí)現(xiàn)激光器一體化樣機(jī)的設(shè)計(jì)。



  參考文獻(xiàn): 中國(guó)光學(xué)期刊網(wǎng)




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