ndyag激光器

1、2014 年西安理工大學(xué)研究生學(xué)術(shù)年會(huì)基于雙折射濾光片選模雙頻 基于雙折射濾光片選模雙頻 Nd:YAG 激光器設(shè)計(jì) 激光器設(shè)計(jì)柴雪峰(西安理工大學(xué)機(jī)械與精密儀器工程學(xué)院精密儀器系，陜西 西安 710048)摘要： 摘要：本論文設(shè)計(jì)了一種 LD 泵浦的雙腔雙頻 Nd:YAG 激光器系統(tǒng)，采用偏振分光棱鏡（PBS）和雙 λ/4 波片（QWP）作為雙折射濾光片，用以選出單縱模；通過(guò)改變雙 λ/4 波片快軸的夾角，實(shí)現(xiàn)頻差調(diào)諧的目的；對(duì)頻差調(diào)諧

2、范圍進(jìn)行了分析，理論上可以產(chǎn)生 150GHz 的頻差。關(guān)鍵詞： 關(guān)鍵詞：雙頻 Nd:YAG 激光器；雙折射濾光片；頻差調(diào)諧Design of Dual-frequency Nd:YAG Laser Based on Birefringrnt filter Mode-selectionChai Xuefeng(Department of Precision Instruments, School of Mechanical and Ins

3、trumental Engineering, Xi’an University of Technology, Xi’an, Shaanxi 710048, China)Abstract：In this paper，a LD-pumped two-cavity dual-frequency Nd:YAG laser system is designed，which includes birefringrnt filter consisti

4、ng of polarizing beam splitter（PBS） and two quarter wave plates（QWP） ，in order to select a single longitudinal mode；By changing the intersecting angle of two QWP’s fast axis，to achieve the purpose of frequency difference

5、 tuning；The range of frequency difference tuning has been analyzed. The frequency difference can be theoretical tuned to 150GHz.Keywords：dual-frequency Nd:YAG laser；birefringrnt filter；frequency difference tuning1 引言 引言雙

6、頻激光器是指在一個(gè)激光諧振腔中能夠同時(shí)產(chǎn)生兩種不同頻率的激光輸出的激光器，在激光干涉測(cè)量、激光通信等技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，雙縱模 He-Ne 激光器是較成熟且研究的較多的雙頻激光器[1]，但是由于激光器增益帶寬的限制，它們的頻差普遍比較小，這限制了雙頻激光器的應(yīng)用范圍。與氣體激光器相比，Nd:YAG 等固體激光器具有更寬的增益線寬, 可以產(chǎn)生更大頻差的雙頻激光輸出, 成為近年來(lái)大頻差雙頻激光技術(shù)的主要研究對(duì)象。產(chǎn)生雙頻激光的

7、基本思想是在單縱模激光諧振腔內(nèi)引入雙折射效應(yīng), 使單縱模分裂為兩個(gè)正交線偏振模, 從而獲得雙頻激光同時(shí)振蕩輸出; 常用的雙頻激光產(chǎn)生方法主要有布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具法[2、3]、應(yīng)力雙折射法[4]、扭轉(zhuǎn)模腔法[5]等。本課題組曾經(jīng)報(bào)道了以偏振分光棱鏡（PBS）和半波片組成的新型雙折射濾光2014 年西安理工大學(xué)研究生學(xué)術(shù)年會(huì)3.1 3.1 雙折射濾光片選模原理 雙折射濾光片選模原理當(dāng)光通過(guò) PBS1 時(shí)會(huì)成為線偏振光，線偏振光在通過(guò)雙折射晶體

8、時(shí)會(huì)分解為 o 光和 e 光，由于晶體對(duì) o 光和 e 光的折射率不同，所以會(huì)在 o 光和 e 光之間產(chǎn)生相位差，光束往返通過(guò)晶體時(shí) o 光和 e 光所產(chǎn)生的相位差為（1） ?? ? ) ( 4 e o n n d ? ?式中，d 是晶體的厚度，no 和 ne 是晶體對(duì) o 光和 e 光的折射率，λ是激光振蕩波長(zhǎng)。當(dāng)相位差為 2π的整數(shù)倍的時(shí)候，往返通過(guò)雙折射晶體偏振光的偏振態(tài)不變，通過(guò) PBS1 時(shí)的損耗最小，因而相應(yīng)頻率的光會(huì)在腔中

9、形成振蕩，而其他頻率的光會(huì)因偏振態(tài)的改變而在 PBS1 上損耗過(guò)大而被抑制，從而產(chǎn)生單縱模。3.2 頻差調(diào)諧原理 頻差調(diào)諧原理如圖 1，在直線腔中，設(shè) QWP1 和 QWP2 的快軸與 p 光振動(dòng)方向的夾角分別為α和β，則兩個(gè)波片的瓊斯矩陣可以表示為? ? ??? ? ??? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? 2 22 2cos sin ) 1 ( cos sin) 1 ( cos sin sin cosi ii i J? ?

10、 ??? ? ??? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? 2 22 2cos sin ) 1 ( cos sin) 1 ( cos sin sin cosi ii i J這樣可以用求解瓊斯矩陣本征態(tài)的方法計(jì)算光的相位差，光往返通過(guò)兩片 λ/4波片時(shí)的瓊斯矩陣為? ??? ??? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ) ( 2 sin 2 sin ) ( 2 cos ) ( 2 sin 2 cos) ( 2 sin 2 co

11、s ) ( 2 sin 2 sin ) ( 2 cos? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? i ii i J J J J J所以當(dāng)線偏振光往通過(guò) QWP1 和 QWP2 會(huì)產(chǎn)生一個(gè)附加相位差：（2） ） （） （? ?? ? ? ? ?- 4)] ( 2 [ - - 2?? ? ? ?所以， p 光往返經(jīng)過(guò) QWP1 和 QWP2 所產(chǎn)生的總相位差就為（3） ） （ ? ? ??? ? ?- 4 )