百赫茲大能量中短波雙波長光參量振蕩器
1.5 μm和3~5 μm波段的激光均位于大氣近紅外窗口，對空氣(包括戰(zhàn)場硝煙，尤其是以、白磷為主的煙霧)的穿透性很強，在激光干擾、激光雷達和**方面具有很高的應用價值。
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，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頻率大多低于100 Hz，達到100 Hz、百毫焦量級的激光輸出報道較少。
為了在百赫茲重復頻率下獲得大能量的中短波KTA-OPO激光系統(tǒng)，山東大學信息科學與工程學院劉兆軍教授課題組搭建了百赫茲、大能量、中短波雙波長激光器。該系統(tǒng)由半導體側(cè)泵Nd:YAG主功率放大系統(tǒng)和KTA-OPO組成，實驗裝置如圖1所示。
圖1 實驗裝置圖
OPO系統(tǒng)中不可少的是能量高、光束質(zhì)量好的泵浦源，團隊自主研制了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+兩級放大器的方案。經(jīng)過兩級放大最終得到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實驗中，采用X方向(?=0°，θ=90°)切割的KTA晶體，與兩個腔鏡組成單共振OPO平-平腔的裝置。OPO平-平腔具有閾值低、效率高的優(yōu)點。優(yōu)化OPO腔長并選擇最佳非線性晶體長度，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，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
團隊觀測了參量光輸出的典型脈沖，如圖4所示。在最大泵浦能量時，1.54 μm和3.47 μm波長的脈沖寬度分別為13.7 ns和11.8 ns。
圖4 OPO在最大輸出能量時的典型脈沖
課題組未來會進一步開展更加深入的研究工作，結(jié)合相關措施，突破現(xiàn)有技術難題，對大能量中短波激光系統(tǒng)的各項性能指標進行有效提升，往更大能量、更高重復頻率、更多波長、更好光束質(zhì)量方向努力。
通過對光路的合理布局以及水路、電路集成化設計，最終實現(xiàn)激光器一體化樣機的設計。
參考文獻： 中國光學期刊網(wǎng)
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