《窄線寬納秒脈衝2μm波段光參量振盪放大技術研究》是依託中國科學院上海光學精密機械研究所，由李世光擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：窄線寬納秒脈衝2μm波段光參量振盪放大技術研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李世光
- 依託單位：中國科學院上海光學精密機械研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
窄線寬、高光譜特性的2μm波段脈衝中紅外雷射器在相干探測雷射雷達、差分吸收雷達、雷射醫療、雷射光譜學、光電對抗、污染環境探測、雷射遙感等方面具有重要套用前景，已經成為當前研究的熱點，是亟需解決的關鍵技術。本項目提出了一種基於光學參量振盪放大技術產生2μm波段脈衝雷射輸出的新型技術方案，通過將單頻1.06μm脈衝泵浦技術、種子注入技術、高穩定性OPO技術和OPA脈衝能量提升技術結合起來，旨在解決納秒脈衝2μm雷射輸出頻率控制、線寬壓窄、脈衝能量定標大、可調諧、高光束質量、高頻譜特性、高頻率穩定性等關鍵技術問題，突破目前2μm固體雷射器的技術瓶頸，探索實現窄線寬、高能量中紅外波段脈衝雷射技術新途徑，為實現可靠、穩定的紅外雷射源在機載、星載雷射雷達中的套用奠定技術基礎。
結題摘要
本項目研究了一種基於光學參量振盪放大技術產生2μm波段脈衝雷射輸出的新型技術方案，通過將種子注入技術、高穩定性OPO技術和OPA脈衝能量提升技術結合起來，解決了納秒脈衝2μm雷射輸出頻率控制、線寬壓窄、脈衝能量定標大、高頻譜特性等關鍵技術問題。採用平平腔結構，開展了自由運轉2.05μm納秒脈衝OPO實驗研究，研究了不同KTP晶體長度、不同耦合輸出率時OPO輸出特性與轉換效率變化規律。在400Hz重複頻率下，獲得了單脈衝能量為0.9mJ的2.05μm信號光輸出，脈寬約3.7ns，對應泵浦光-信號光轉換效率約為18%。在此基礎上設計環形腔2.05μm 脈衝KTP-SRO研究，獲得了基橫模的2.05μm波長納秒脈衝雷射輸出。在20Hz重複頻率下，泵浦脈衝能量為11mJ時，獲得2.4mJ的2.05μm信號光輸出，脈寬約24ns，泵浦光-信號光轉換效率達到22%，輸出信號光脈衝能量穩定性約為1%。接著研究了種子注入納秒脈衝KTP-SRO輸出特性，比較了自由運轉與種子注入區別，通過Ramp-Hold-Fire穩頻技術， OPO實現了單頻窄線寬的2.05μm脈衝雷射輸出。在20Hz重複頻率下，當抽運脈衝能量達到11.4mJ時，種子注入後SRO獲得了單脈衝能量為2.6mJ的單頻脈衝2.05μm信號光輸出，對應泵浦光-信號光轉換效率約為23%，脈寬約17.6ns，外差法實測信號光線寬約為26.5MHz，接近傅立葉變換極限，輸出信號光光束質量因子M2值小於1.2。利用OPA技術，泵浦脈衝能量為48.5mJ時，1.5μm脈衝雷射輸出能量為9.3mJ，提升泵浦能量，可以繼續放大脈衝能量。基於光學外差法，搭建了一套脈衝雷射中心頻率測試系統，該系統對於脈寬為30ns左右的雷射脈衝，採樣率為2GS/s時，測試系統的均方根誤差不超過0.07MHz。在此基礎上，基於外差法穩頻技術，實現了1.5um波段脈衝OPO高頻率穩定性輸出，脈衝頻率穩定性RMS 0.29MHz（30min），阿倫方差小於20kHz（>3s），該技術可以拓展至2um波段。本項目突破了目前2μm固體雷射器的技術瓶頸，探索實現窄線寬、高能量中紅外波段脈衝雷射技術新途徑，為實現可靠、穩定的紅外雷射源在機載、星載雷射雷達中的套用奠定技術基礎。
