百赫兹大能量中短波双波长光参量振荡器

　　百赫兹大能量中短波双波长光参量振荡器

　　1.5 μm和3~5 μm波段的激光均位于大气近红外窗口，对空气(包括战场硝烟，尤其是以红磷、白磷为主的烟雾)的穿透性很强，在激光干扰、激光雷达和**方面具有很高的应用价值。

　　非线性晶体KTiOAsO4(KTA)具有高损伤阈值、大非线性系数等优点，因此KTA-OPO在输出大能量中短波激光方面备受青睐。但较大能量的中短波激光器重复频率大多低于100 Hz，达到100 Hz、百毫焦量级的激光输出报道较少。

　　为了在百赫兹重复频率下获得大能量的中短波KTA-OPO激光系统，山东大学信息科学与工程学院刘兆军教授课题组搭建了百赫兹、大能量、中短波双波长激光器。该系统由半导体侧泵Nd:YAG主功率放大系统和KTA-OPO组成，实验装置如图1所示。

　　图1 实验装置图

　　OPO系统中不可少的是能量高、光束质量好的泵浦源，团队自主研制了Nd:YAG主振荡放大器。在泵浦源放大器中，由于受到热效应的影响，光束质量和平均功率的提升均受到了限制。因此，为了获得高光束质量，泵浦源采用非稳腔振荡器+两级放大器的方案。经过两级放大终得到1064 nm激光能量为580 mJ，光束质量M2 x和M2 y分别为4.6和3.7.如图2所示。

　　图2 放大器输出能量。插图为光束质量

　　在OPO实验中，采用X方向(?=0°，θ=90°)切割的KTA晶体，与两个腔镜组成单共振OPO平-平腔的装置。OPO平-平腔具有阈值低、效率高的优点。优化OPO腔长并选择佳非线性晶体长度，得到OPO输出能量(图3)。

　　光参量振荡的阈值为20 mJ，大泵浦入射能量为580 mJ时，参量光总能量为242 mJ，泵浦光到参量光的光-光转换效率为43.6%。1.53 μm信号光和3.47 μm闲频光的单脉冲能量分别为178 mJ和64 mJ。

　　图3 KTA-OPO的输出能量曲线

　　团队观测了参量光输出的典型脉冲，如图4所示。在最大泵浦能量时，1.54 μm和3.47 μm波长的脉冲宽度分别为13.7 ns和11.8 ns。

　　图4 OPO在最大输出能量时的典型脉冲

　　课题组未来会进一步开展更加深入的研究工作，结合相关措施，突破现有技术难题，对大能量中短波激光系统的各项性能指标进行有效提升，往更大能量、更高重复频率、更多波长、更好光束质量方向努力。

　　通过对光路的合理布局以及水路、电路集成化设计，终实现激光器一体化样机的设计。

　　参考文献： 中国光学期刊网

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