Forschung zu Mittelinfrarot-Parametrischen Oszillatoren – Teil 07

3.2 Ausgangskennlinien des OPO…

Um die Auswirkungen des Umkehreffekts auf die Ausgangslasereigenschaften weiter zu untersuchen, wurde ein Photodetektor verwendet, um die Zeitbereichssignale des verbleibenden Pumplasers bei der höchsten Pumpleistung mit einem PBS (www.wisoptic.com) bei Ausgangsspiegel-Transmissionsgraden von 0 % und 30 % zu überwachen, wie in Abbildung 10 dargestellt. Es ist ersichtlich, dass bei hoher Reflektivität des Ausgangsspiegels die Leistungsdichte an der abfallenden Flanke der verbleibenden Pumppulsbreite schnell ansteigt, was darauf hindeutet, dass bei Hochleistungspumpen ein Dreiwellen-Energierückfluss auftritt und der Umkehreffekt die optisch-optische Umwandlungseffizienz stark verringert. Bei einem Ausgangsspiegel-Reflexionsgrad von 30 % zeigt die abfallende Flanke des Pulses ebenfalls einen zunehmenden Trend, was darauf hindeutet, dass bei dieser Pumpleistung der Umkehreffekt gerade erst beginnt. Im Vergleich zum Fall eines hochreflektiven Ausgangsspiegels ist der Dreiwellen-Energierückfluss geringer, der Umkehreffekt schwächer und die optisch-optische Umwandlungseffizienz tendiert zur Stabilisierung. Experimente zeigen, dass bei Niedrigleistungspumpen aufgrund der geringen Leistungsdichte im Resonator die Transmission des Ausgangsspiegels reduziert werden kann, um die Licht-zu-Licht-Umwandlungseffizienz zu verbessern und die OPO-Schwelle zu senken. Bei Hochleistungspumpen werden der starke Inversionseffekt und der thermische Effekt des Kristalls im Resonator zu den Hauptgründen für die Verringerung der Licht-zu-Licht-Umwandlungseffizienz.

Daher sollte ein Ausgangsspiegel mit einer größeren Transmission gewählt werden, um die Licht-zu-Licht-Umwandlungseffizienz und Stabilität des OPO unter Hochleistungspumpen zu verbessern. Die Wellenlängen des Signal- und Idlerstrahls wurden mit einem mittelinfraroten und nahinfraroten Spektrometer gemessen, wie in Abbildung 11 dargestellt. Die Mittenwellenlänge des Idlerstrahls betrug 3817,2 nm, und die Mittenwellenlänge des Signalstrahls betrug 1476,2 nm. Die experimentellen Ergebnisse stimmten gut mit den theoretischen Ergebnissen überein. Es wurde eine 250-mm-Linse (aus CaF2, www.wisoptic.com) verwendet, und der Divergenzwinkel des ausgegebenen mittelinfraroten Lasers wurde mit der Aperturmethode gemessen. Der Divergenzwinkel betrug weniger als 12,3 mrad. Die Leistungsstabilität bei der höchsten Pumpleistung und einer Ausgangswellenlänge von 3,8 μm wurde getestet, und die Ergebnisse sind in Abbildung 12 dargestellt. Während der anfänglichen Hochleistungspumpenphase nahm die Ausgangsleistung aufgrund thermischer Effekte leicht ab. Die quadratische Mittelwertabweichung (RMS) der Instabilität innerhalb von 15 Minuten nach der Leistungsstabilisierung wurde mit 1,97 % berechnet.

4. Schlussfolgerungen

Diese Arbeit untersucht einen leistungsstarken Mid-Infrarot-OPO-Laser auf Basis von MgO:PPLN (www.wisoptic.com). Bei einer maximalen Pumpleistung von 43,7 W beträgt die maximale Ausgangsleistung des 3817-nm-Lasers 5,93 W, mit einem optisch-optischen Wirkungsgrad von 13,5 %. Die zeitlichen Eigenschaften des Signallichts und des Restpumplichts unter hoher Pumpleistung werden untersucht und analysiert. Es wird festgestellt, dass die Abnahme des optisch-optischen Wirkungsgrads unter hoher Pumpleistung sowohl durch den Umkehreffekt als auch durch den thermischen Effekt des Kristalls verursacht wird. Die Auswahl der Durchlässigkeit des Auskoppelspiegels für verschiedene Pumpleistungsniveaus wird ebenfalls analysiert. Im Vergleich zu früheren Literaturberichten verwendet diese Studie einen in China hergestellten Breitband-Faser-gütegeschalteten Pulslaser und einen inländisch produzierten MgO:PPLN-Kristall, was den technischen Schwierigkeitsgrad, die Entwicklungszeit und die Kosten erheblich reduziert.