4.1 μ m高功率中红外内腔光参量振荡器

提出了一种紧凑型、声光调Q、高功率的4.1 μm中红外内腔式氧化镁掺杂的周期性极化铌酸锂晶体光参量振荡激光系统.基于内腔单谐振光参量振荡器动力学模型，对内腔光参量振荡器的阈值倍数及下转换效率的影响因素进行分析，提出实验中对光参量振荡阈值调节的办法，优化了大功率情况下光参量振荡的下转换效率.引入共振泵浦与单端键合晶体方式提高了大功率泵浦的热稳定性.基于光场传输理论与谐振腔稳定性理论，并考虑增益介质热效应，数值模拟了大功率泵浦注入时腔内基频光、信号光及闲频光的三波光场模式匹配，以确保光参量振荡器在高功率下稳定运转.对光参量振荡阈值进行调节，提高了参量光的下转换效率，最终得到4.125 μm的中红外高重频脉冲瓦级激光输出，激光重复频率1~100 kHz可调，脉冲宽度小于9 ns，最高单脉冲能量36.7 J，最高峰值功率4.257 kW，最高输出功率为1.12 W，其对应的下转换效率为29.7%，最大光光转换效率为4.26%.