同带泵浦2.7 μm, 4.3 μm双波长中红外光学参量振荡器特性研究

Due to 3-5 µm mid-infrared wavebands locating in the atmospheric window, so the mid-infrared lasers have important application value and prospect in the laser radar, remote sensing, environmental monitoring, medical and infrared countermeasures..In view of the low conversion efficiency and complicated construction of the mid-infrared optical parametric oscillator (OPO). We propose that the Er:YAG crystal is resonantly pumped by 1.5 µm LD directly, by means of Cr:ZnSe saturable absorber, to provide a 1.6 µm laser pump sources for quasi-phase-matching (QPM) mid-IR optical parametric oscillator；the mid-infrared optical parametric oscillator employ intracavity QPM-OPO technical proposal, so the intracavitary 1.6 µm laser can be used enough, the parametric conversion threshold can be reduced and the conversion efficiency can be increased largely, also the whole system quantum conversion efficiency and electro-optical conversion efficiency can be enhanced greatly, and the mid-infrared laser can be obtained by the PPMgLN-OPO effectively. Ultimately, the tunable 3~5 µm can be achieved by the simple、compact structure and miniaturizing mid-infrared OPO, also the very important mid-infrared laser at 2.7 µm and 4.3 µm can be obtained at the same time. The technical limitations of the mid-infrared optical parametric oscillator can be broken through、and explore a new route for mid-infrared optical parametric oscillator..

由于3~5 µm中红外波段激光位于大气透明窗口，因此在激光雷达、遥感、环境监测、医疗以及红外对抗方面有着重要应用价值和前景。.针对目前中红外光学参量振荡器(OPO)系统转换效率不高和结构复杂的现状，本项目采用1.5 µm LD同带泵浦Er:YAG晶体，通过Cr:ZnSe可饱和吸收体，为准相位匹配(QPM)光学参量振荡器提供1.6 µm激光源；中红外光学参量振荡器则采用内腔式的QPM-OPO技术方案，充分利用腔内1.6 µm的激光功率，降低参量转换阈值和提高转化效率，提高整个系统的量子转换效率和电光转换效率，实现基于PPMgLN-OPO的中红外激光有效输出。最终实现结构简单、紧凑、小型化的OPO在3~5 µm波段可调谐输出，获得2.7 μm和4.3 μm 两种非常重要的中红外激光的同时输出，突破中红外光学参量振荡器的技术瓶颈，探索新的中红外光学参量振荡器的技术路线和方案。

由于3~5 µm中红外波段激光位于大气透明窗口，因此在激光雷达、遥感、环境监测、医疗以及红外对抗方面有着重要应用价值和前景。针对目前中红外光学参量振荡器(OPO)系统转换效率不高和结构复杂的现状，本项目主要采用 1.6 µm Er:YAG 激光器泵浦 PPMgLN 晶体，对中红外光学参量振荡器的基本理论及实验展开了系统研究。本项目采用了 1.5 µm LD 同带泵浦 Er:YAG 晶体的方案，其中为了尽可能的减小能量上转换和自吸收损耗，Er:YAG 晶体中的 Er3+掺杂浓度为 0.25 at.%，实验中分别采用了声光调 Q 和 BBO 电光调 Q 两种主动调制方式对 1.6 µm 激光实现了脉冲激光输出，当采用声光调 Q开关时，获得了约20 mJ 的单脉冲能量输出；当采用 BBO 电光开关时，获得了最大单脉冲能量约10 mJ 的激光输出。.在完成对 1.6 µm Er:YAG 激光器的实验研究后，利用该激光源作为准相位匹配光学参量振荡器的泵浦源，实现了基于 PPMgLN 晶体的中红外光学参量振荡器的中红外激光输出。实验中分析比较了 1.6 µm 激光源的线宽对中红外激光的转换效率的影响，并且对其调谐特性也做了实验研究。当采用单通单谐振这种谐振类型时，在 3 KHz 重频下获得了最高 2.2 W 的信号光和空闲光功率输出，实现了 2.7 μm 和 4.3 μm 两种非常重要的中红外激光的同时输出，为突破中红外光学参量振荡器的技术瓶颈，提供了一种新的中红外光学参量振荡器的技术路线和方案。