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，實現(xiàn)激光向長波長方向的轉換，大大擴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，在通信、交通、醫(yī)療、測量和國防等領域都獲得了廣泛的關注。利用固體拉曼激光器實現(xiàn)高效斯托克斯光轉換已經(jīng)研究地比較成熟。相對而言，關于拉曼晶體中產(chǎn)生反斯

2、托克斯光的報道較少。反斯托克斯拉曼散射可以實現(xiàn)激光頻率上轉換，進一步擴展光譜范圍，在許多領域具有潛在應用。
　　反斯托克斯拉曼散射是一種典型的四波混頻過程。在拉曼介質(zhì)中，兩個基頻光光子和一個一階斯托克斯光光子通過三階非線性效應相互作用，產(chǎn)生一個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與基頻光光強的平方以及斯托克斯光光強成正比。相對于常用的外腔泵浦產(chǎn)生反斯托克斯光的結構，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)腔結構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，而外腔泵浦結構受限于基頻光的方向和四波混頻的矢量關系，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化效率高、產(chǎn)生閾值低、結構緊湊便攜等優(yōu)點。到目前為止，還沒有關于內(nèi)腔反斯托克斯拉曼激光器理論與實驗研究的報導。
　　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，實現(xiàn)了雙向反斯托克斯激光的輸出。并且通過求解速率方

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，對泵浦光、一階斯托克斯光和一階反斯托克斯光的產(chǎn)生過程進行了理論分析。主要的研究內(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)，采用主動調(diào)Q的方式，首次實現(xiàn)了內(nèi)腔泵浦式反斯托克斯拉曼激光器在968nm波長處的運轉。當泵浦電壓為750V時，輸出的一階反斯托克斯單脈沖的最大能量為0.79mJ。此時輸出的基頻光能量為8.75m

5、J，根據(jù)輸出鏡透過率計算得到的腔內(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)，采用主動調(diào)Q的方式，首次實現(xiàn)了內(nèi)腔泵浦式反斯托克斯拉曼激光器在969nm波長處的運轉。當泵浦電壓為775V時，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.對四波混頻效應的相位匹配特性進行了理論和實驗

6、研究。以BaWO4晶體和SrWO4晶體為例，計算了一階反斯托克斯光產(chǎn)生過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，推導出了一階反斯托克斯光強和單脈沖能量的表達式。在平面波近似條件下，通過在拉曼激光器的速率方程中添加描述反斯托克斯光產(chǎn)生過程的項，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域脈沖形狀，計算了不同泵浦電壓下一