Исследование параметрических осцилляторов среднего инфракрасного диапазона - Часть 07

3.2 Выходные характеристики ОПГ 

Для дальнейшего исследования влияния эффекта обращения на выходные характеристики лазера с помощью фотодетектора контролировали временные сигналы остаточного накачивающего лазера при максимальной мощности накачки с использованием PBS (www.wisoptic.com) при коэффициентах пропускания выходного зеркала 0% и 30%, как показано на рисунке 10. Видно, что при высокоотражающем выходном зеркале плотность мощности на заднем фронте ширины импульса остаточной накачки быстро увеличивается, что указывает на то, что при мощной накачке происходит обратный поток энергии трех волн, и явление обращения серьезно снижает оптико-оптическую эффективность преобразования. Когда коэффициент отражения выходного зеркала составляет 30%, задний фронт импульса также демонстрирует тенденцию к росту, что указывает на то, что при данной мощности накачки эффект обращения только начинает проявляться. По сравнению со случаем высокоотражающего выходного зеркала, обратный поток энергии трех волн меньше, эффект обращения слабее, а оптико-оптическая эффективность преобразования стремится к стабилизации. Эксперименты показывают, что при низкой мощности накачки из-за низкой плотности мощности внутри резонатора можно уменьшить пропускание выходного зеркала для повышения эффективности преобразования света в свет и снижения порога OPO. При высокой мощности накачки сильный эффект инверсии и тепловой эффект кристалла внутри резонатора становятся основными причинами снижения эффективности преобразования света в свет.

Поэтому следует выбрать выходное зеркало с большим коэффициентом пропускания, чтобы повысить эффективность преобразования свет-в-свет и стабильность OPO при накачке высокой мощности. Длины волн сигнального и холостого пучков измерялись с помощью спектрометра среднего и ближнего инфракрасного диапазона, как показано на рисунке 11. Центральная длина волны холостого пучка составила 3817,2 нм, а центральная длина волны сигнального пучка — 1476,2 нм. Экспериментальные результаты хорошо согласовались с теоретическими. Использовалась линза с фокусным расстоянием 250 мм (из CaF2, www.wisoptic.com), а угол расходимости выходного средне-инфракрасного лазера измерялся методом апертуры. Угол расходимости составил менее 12,3 мрад. Была проверена стабильность мощности при максимальной мощности накачки и выходной длине волны 3,8 мкм; результаты показаны на рисунке 12. На начальном этапе накачки высокой мощности выходная мощность незначительно снижалась из-за тепловых эффектов. Среднеквадратичное отклонение (RMS) нестабильности в течение 15 минут после стабилизации мощности составило 1,97%.

4. Выводы

В данной работе исследуется мощный средне-инфракрасный OPO-лазер на основе MgO:PPLN (www.wisoptic.com). При максимальной мощности накачки 43,7 Вт максимальная выходная мощность лазера на длине волны 3817 нм составляет 5,93 Вт, а оптико-оптическая эффективность преобразования — 13,5%. Изучены и проанализированы временные характеристики сигнального света и остаточного света накачки при мощной накачке. Сделан вывод, что снижение оптико-оптической эффективности при мощной накачке вызвано как эффектом обращения, так и тепловым эффектом кристалла. Также проанализирован выбор пропускания выходного зеркала резонатора для различных уровней мощности накачки. По сравнению с предыдущими литературными данными, в данном исследовании используются широкополосный волоконный лазер с модуляцией добротности, произведённый в Китае, и отечественный кристалл MgO:PPLN, что значительно снижает техническую сложность, срок разработки и стоимость.