快速调节准相位匹配光学参量振荡器的研究

本课题是在 "863"研究成果和所形成的知识产权基础上，采用准相位匹配技术，通过光学参量振荡过程，实现高效全固态可见光到中红外快速连续可调谐激光器。该激光器以掺镁化学计量比钽酸锂光学超晶格为非线性变频晶体，采用532 纳米激光器为泵浦光源，变频晶体为贝壳形周期结构，通过机械方法调整超晶格在光路中位置，即调节通光路线上的超晶格周期，实现从可见光（590纳米）到中红外(5.2微米)范围连续可调谐激光输出。保留了准相位匹配变频中有效非线性系数高等优点，克服了调谐速度慢的缺点，调谐速度可达到10 微米/秒，并通过多种谐振腔设计满足不同应用需求。本课题可进一步开拓掺镁化学计量比钽酸锂超晶格的应用领域，在线性和非线性光谱学研究、生物医学、光通讯、大气环境监测等民用领域和空间激光对抗、激光雷达、激光水下探测、激光遥感、激光致盲等军用领域具有广阔市场和良好的应用前景。

本项目从理论和实验两个方面对准位相匹配光参量振荡器(OPO)的运转特性及最优工艺条件进行了研究。在理论上，设计并计算了均匀、贝壳形结构的超晶格晶体的光参量振荡构型，对不同结构超晶格OPO的性能进行了系统研究，发现贝壳形超晶格能够对OPO的波长、温度和角度带宽进行较大拓展，从而提高OPO的工作稳定性并扩大了输出调节范围。在实验上，优化了准位相匹配材料的制备工艺，利用多种手段对材料的光学性质和极化性质进行了表征和评价，利用同成分、化学计量比LiNbO3和LiTaO3晶体和室温电场极化技术，制备出周期和贝壳形结构的超晶格晶体，并进行了532 nm和1064 nm泵浦的OPO实验，通过机械平移台对输出波长进行非温度变化调节获得成功，获得了与理论预期吻合的结果，并对光参量振荡技术在大型高功率激光器系统中的应用进行了研究。这些实验结果和发现将进一步拓展准位相匹配技术在光参量振荡中的应用。