主被动双调Q内腔光学参量振荡器的高斯理论和实验分析.pdf

光电信息技术与光电产业 725 主被动双调Q内腔光学参量振荡器的高斯理论和实验分析① 王 静 赵圣之 李桂秋 杨克建 李德春 安 晶 李 明 山东大学信息与工程学院，山东省济南市，250100 摘要在考虑翻转粒子数密度以及腔内基频光、信号光和闲频光光强的空间高斯分布的 器(IOPO)的速率方程。数值求解该方程获得了输出信号光的脉冲宽度、脉冲能量以及峰值功率 随泵浦功率的变化特性。在实验部分测量了I。D泵浦主被动调QNd：GdV04／Cr+：YAG／KTP IOPO的输出特性，得到了信号光的峰值功率和脉冲能量。并与A0单调QI()Po的结果进行了 比较，发现在双调Q基频光泵浦的情况下，输出信号光脉冲被明显压缩。实验结果与理论值 相符。 关键词 非线性光学光学参量振荡器 高斯空间分布双调Q 引言 1．57肛m激光因处于大气窗口且属于人眼安全激光，因而在通信、测距等领域有较广泛的用途。光 学参量振荡器(OPO)作为一种可调谐、高相干的激光光源，以其独特的优良特性，一直吸引着许多研 90。，①=0。)，可获得1．57／J￡m参量信号光输出。 Parametric 的内腔式参量振荡器(IntracavityOptical 基础上，通过引人了一项热致衍射损耗对这个模型进行了完善。但是，所有这些工作都是建立在平面波 理论的基础上，即假设基频光、信号光和闲频光的腔内光子数空间分布是均匀的。对用激光二极管作为 泵浦源的参量振荡器来说，三光的腔内空问光子数应该是高斯分布的。 1．57／-m信号光的脉宽是与基频泵浦光的脉宽有关的。声光(AO)调制下的激光可以产生稳定的 脉冲输出，但调制脉宽通常比较大，Cr4+：YAG被动调Q激光可以产生更短的脉冲但是调制频率并不 稳定。当声光和Cr4+：YAG同时用于激光腔内进行调Q时，能够得到稳定的短脉冲和更高的峰值功 率，所以当用双调基频激光泵浦参量振荡器时，应该比主动单调情况下产生更短脉冲、更高峰值功率的 信号光输出。据作者所知，尚没有见到对双调激光泵浦下的IOP0输出特性的报道。 在本文中，通过把声光和Cr4+：YAG饱和吸收体同时用于激光腔内，我们实现了激光二极管泵浦 ①基金项目：国家自然科学基金资助项目60678015)，山东省自然科学基金资助项目(Y2005G12)。 726 第五届博士生学术年会论文集 的双凋Nd：GdV0；／Cr4+：YAG／KTP10PO。理论部分在平面波理沦的基础上推导得出了高斯理论下 的速率方程。在这个方程中，腔内光子数密度和最初的粒子数反转密度都被认为是高斯空间分布的，并 且二极管泵浦速率、激光介质中热效应以及声光的衍射损耗的影响都被考虑进了这个模型。泵浦光的 平均腰斑半径、增益介质的平均粒子数反转密度和饱和吸收体的激发态粒子数密度也都认为是高斯空 间分布。通过对引入方程的数值求解，能够得到信号光的脉宽、单脉冲能量和峰值功率与泵浦能量的关 系。在实验部分，我们对激光二极管(LD)泵浦的双调Nd：GdVo。／Cr”；YAG／KTPIOPO的信号光输 出特性进行了测量，所得到的结果与单声光调Q的Nd：GdVO；／KTPIOPO进行了对比，发现双调的参 量振荡器能够产生更短脉冲和更高峰值功率的信号光输出。理论值与实验值符合较好。 一、理论计算 (一)速率方程 IOPO 在这部分，我们考虑了一个激光二极管泵浦的声光和Cr”：YAG双调的Nd：OdVO。／KTP (实验装置图如图1所示)的工作特性。在平面波理论下的速率方程可以写为： 掣一夏1[2alan∽一(ag一洲儿m)飞咖一嘞∽ 一(￡)一L]·Ep(￡)一渤——p-II了KT—P·E，(￡)E，(≠) (1)