內(nèi)腔泵浦的反斯托克斯拉曼激光器研究.pdf

1、受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering，SRS)是一種產(chǎn)生新激光波長(zhǎng)的重要方法。固體拉曼激光器以現(xiàn)有激光光源作為泵浦，利用晶體介質(zhì)的斯托克斯(Stokes)散射效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)激光向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向的轉(zhuǎn)換，大大擴(kuò)充了激光光譜的范圍。固體拉曼激光器以其高效、穩(wěn)定、便攜等優(yōu)點(diǎn)，在通信、交通、醫(yī)療、測(cè)量和國(guó)防等領(lǐng)域都獲得了廣泛的關(guān)注。利用固體拉曼激光器實(shí)現(xiàn)高效斯托克斯光轉(zhuǎn)換已經(jīng)研究地比較成熟。相對(duì)而言，關(guān)于拉曼晶體中產(chǎn)生反斯

2、托克斯光的報(bào)道較少。反斯托克斯拉曼散射可以實(shí)現(xiàn)激光頻率上轉(zhuǎn)換，進(jìn)一步擴(kuò)展光譜范圍，在許多領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用。
　　反斯托克斯拉曼散射是一種典型的四波混頻過(guò)程。在拉曼介質(zhì)中，兩個(gè)基頻光光子和一個(gè)一階斯托克斯光光子通過(guò)三階非線性效應(yīng)相互作用，產(chǎn)生一個(gè)一階反斯托克斯光光子。宏觀上表現(xiàn)為反斯托克斯光光強(qiáng)與基頻光光強(qiáng)的平方以及斯托克斯光光強(qiáng)成正比。相對(duì)于常用的外腔泵浦產(chǎn)生反斯托克斯光的結(jié)構(gòu)，內(nèi)腔式反斯托克斯激光器能夠充分利用腔內(nèi)較高的基頻光功

3、率密度。其次，內(nèi)腔結(jié)構(gòu)可以充分利用往返的基頻光產(chǎn)生雙向的一階反斯托克斯光，而外腔泵浦結(jié)構(gòu)受限于基頻光的方向和四波混頻的矢量關(guān)系，只能獲得單向的反斯托克斯光輸出。另外，內(nèi)腔反斯托克斯激光器具有轉(zhuǎn)化效率高、產(chǎn)生閾值低、結(jié)構(gòu)緊湊便攜等優(yōu)點(diǎn)。到目前為止，還沒(méi)有關(guān)于內(nèi)腔反斯托克斯拉曼激光器理論與實(shí)驗(yàn)研究的報(bào)導(dǎo)。
　　本論文分別研究了內(nèi)腔泵浦的BaWO4和SrWO4反斯托克斯拉曼激光器的特性，實(shí)現(xiàn)了雙向反斯托克斯激光的輸出。并且通過(guò)求解速率方

4、程和四波混頻耦合波方程，建立了內(nèi)腔泵浦式反斯托克斯拉曼激光器的理論模型，對(duì)泵浦光、一階斯托克斯光和一階反斯托克斯光的產(chǎn)生過(guò)程進(jìn)行了理論分析。主要的研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.以Nd∶YAG棒狀晶體作為激光介質(zhì)，a切的BaWO4晶體作為拉曼介質(zhì)，采用主動(dòng)調(diào)Q的方式，首次實(shí)現(xiàn)了內(nèi)腔泵浦式反斯托克斯拉曼激光器在968nm波長(zhǎng)處的運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)泵浦電壓為750V時(shí)，輸出的一階反斯托克斯單脈沖的最大能量為0.79mJ。此時(shí)輸出的基頻光能量為8.75m

5、J，根據(jù)輸出鏡透過(guò)率計(jì)算得到的腔內(nèi)基頻光能量約為51.47mJ，一階反斯托克斯光的轉(zhuǎn)化效率約為1.5％。
　　2.以Nd∶YAG晶體作為激光介質(zhì)，a切的SrWO4晶體作為拉曼介質(zhì)，采用主動(dòng)調(diào)Q的方式，首次實(shí)現(xiàn)了內(nèi)腔泵浦式反斯托克斯拉曼激光器在969nm波長(zhǎng)處的運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)泵浦電壓為775V時(shí)，獲得了雙向的一階反斯托克斯光，前向和后向輸出的能量分別為0.683和0.667mJ。
　　3.對(duì)四波混頻效應(yīng)的相位匹配特性進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)

6、研究。以BaWO4晶體和SrWO4晶體為例，計(jì)算了一階反斯托克斯光產(chǎn)生過(guò)程的最佳相位匹配角和二階反斯托克斯的相位失配。
　　4.以產(chǎn)生一階反斯托克斯光的四波混頻耦合波方程為基礎(chǔ)，推導(dǎo)出了一階反斯托克斯光強(qiáng)和單脈沖能量的表達(dá)式。在平面波近似條件下，通過(guò)在拉曼激光器的速率方程中添加描述反斯托克斯光產(chǎn)生過(guò)程的項(xiàng)，建立了內(nèi)腔式反斯托克斯拉曼激光器的速率方程理論模型。再數(shù)值求解該速率方程，模擬了激光脈沖的時(shí)域脈沖形狀，計(jì)算了不同泵浦電壓下一