Исследование параметрических генераторов среднего инфракрасного диапазона - Часть 06

3. Экспериментальные результаты и анализ

3.2 Выходные характеристики OPO

Расстояние между связывающими линзами M1 и M2, которые накачивают MgO:PPLN (www.wisoptic.com) Вышеописанный волоконный импульсный лазер был отрегулирован. С помощью анализатора фокального пятна диаметр перетяжки сфокусированного пятна составил 200 мкм (как показано на рисунке 7). Положение кристалла MgO:PPLN было отрегулировано так, чтобы перетяжка пучка находилась в центре кристалла. Был проанализирован эффект пропускания выходного зеркала M4 на выходную мощность среднеинфракрасного лазера, как показано на рисунке 7. Видно, что мощность среднеинфракрасного лазера увеличивается почти линейно с ростом мощности накачки. При пропускании сигнального света выходного зеркала 0%, 10%, 20% и 30% пороговые мощности накачки лазера на 3817 нм составляют 7,2 Вт, 12,4 Вт, 16,3 Вт и 24,5 Вт соответственно. При максимальной мощности накачки выходные мощности составляют 5,93 Вт, 5,24 Вт, 5,05 Вт и 4,06 Вт соответственно, что соответствует оптико-оптической эффективности преобразования 13,5%, 11,9%, 11,5% и 9,2%. Это связано с тем, что потери в резонаторе увеличиваются с ростом пропускания сигнального света выходного зеркала M4. При низкой мощности накачки плотность мощности сигнального света в резонаторе с более высоким пропусканием относительно мала, что затрудняет достижение трехволнового частотного преобразования, что приводит к более высокому выходному порогу. Оптико-оптическая эффективность преобразования была проанализирована при различных пропусканиях, как показано на рисунке 8. Видно, что с увеличением мощности накачки оптико-оптическая эффективность преобразования среднеинфракрасного лазера сначала увеличивается, затем уменьшается и в конечном итоге стабилизируется. Это объясняется тем, что при низкой мощности накачки из-за низкой плотности мощности трех волн в резонаторе выходная мощность среднеинфракрасного лазера линейно возрастает с увеличением мощности накачки. При пропускании выходного зеркала 0%, 10% и 20% мощности накачки, необходимые для максимальной оптико-оптической эффективности преобразования, составляют 12,4 Вт, 16,4 Вт и 23,4 Вт соответственно. Дальнейшее увеличение мощности накачки приводит к эффекту обращения, когда плотность мощности холостой и сигнальной волн в резонаторе достигает определенного значения, вызывая обратный поток энергии холостой волны, что снижает оптико-оптическую эффективность преобразования. Одновременно MgO:PPLN(www.wisoptic.com) демонстрирует характеристики длинноволнового поглощения и сильное поглощение лазерного излучения с длиной волны 3,8 мкм. При мощной накачке проявляет сильный тепловой линзовый эффект, влияющий на согласование мод внутри резонатора, что также является причиной снижения и нестабильности оптико-оптической эффективности преобразования.

Рис. 7 Диаграмма мощности лазера 3817 нм при различных коэффициентах пропускания выходного зеркала и сфокусированном пятне

Рис. 8 Диаграмма эффективности преобразования лазера 3817 нм при различных коэффициентах пропускания выходного зеркала

Временной сигнал сигнального света контролировался с помощью InGaAs-фотодетектора, как показано на рисунке 9. При максимальной мощности накачки длительности импульсов лазера для различных коэффициентов пропускания выходного зеркала составили 94,6 нс, 95,8 нс, 89,8 нс и 92,4 нс соответственно. По сравнению с длительностью импульса лазера накачки, длительность импульса сигнального света была сжата в разной степени. Это связано с тем, что ОПГ имеет определенный порог генерации, а лазер накачки использует акустооптическую модуляцию добротности, что приводит к относительно низкой плотности мощности на переднем фронте выходного лазерного импульса, из-за чего параметрический свет устанавливается позже, чем свет накачки. Одновременно плотность мощности накачки относительно высока в середине импульса накачки, что позволяет параметрическому свету быстро осциллировать, в результате чего передний фронт параметрического света оказывается короче, чем у света накачки. В ходе всего процесса длительность импульса параметрического света меньше длительности импульса света накачки.

Рис. 9  Диаграмма временных характеристик сигнального лазера при различных коэффициентах пропускания выходного зеркала. (a) ВО; (b) T=10%; (c) T=20%; (d) T=30%