全固態(tài)多波長激光特性研究.pdf

1、二極管泵浦的全固態(tài)激光器(DPSSL)與傳統(tǒng)的激光器相比具有效率高、結構緊湊、穩(wěn)定性好、光束質量好、壽命長等優(yōu)點。隨著大功率LD輸出功率不斷提高，新型激光晶體、非線性晶體以及使用準相位匹配方式的光學超晶格材料的不斷研究開發(fā)、頻率變換技術的日臻成熟，全固態(tài)激光器成為激光器的主流發(fā)展方向。同時輸出兩種或多個波長的全固態(tài)激光器在干涉彩虹全息、精細激光光譜、差分吸收激光雷達(DIAL)、原子和分子的多光子分步電離、非線性頻率變換、激光醫(yī)學、激光

2、顯示、彩色打印、光電對抗戰(zhàn)等領域具有廣闊的應用前景，近年來成為激光領域研究的熱點之一。全固態(tài)紫外相干光源在超高密度光驅、精密材料加工、紫外固化、光刻、光印刷、醫(yī)療、光譜分析和科學研究等領域有廣泛的應用前景，近年來也引起人們極大的關注。 本論文分別從理論和實驗兩方面研究了LD端面泵浦Nd：YVO4晶體1342nm和1064nm連續(xù)波和聲光調Q雙波長激光輸出特性；研究了LD側面泵浦Nd：YAG晶體1319nm和1064nm雙波長間歇

3、振蕩激光輸出特性；實現(xiàn)了以雙結構鉭酸鋰光學超晶格(PPLT)為變頻晶體的全固態(tài)411nm和671nm的紫-紅雙色激光輸出；研究了LD端面泵浦Nd：YVO4晶體1342nm四倍頻紫外激光的輸出特性。論文主要研究工作包括： 1.理論研究了激光晶體熱效應引起的熱致衍射損耗隨泵浦功率、泵浦光焦點位置及腔模尺寸的變化關系；考慮到端面泵浦光和腔內雙波長振蕩光場的空間分布，給出了描述理想四能級系統(tǒng)連續(xù)波雙波長激光運轉的速率方程模型，根據該模型

4、推導出一定泵浦條件下實現(xiàn)雙波長輸出時，雙波長輸出耦合率之間的關系。分析了泵浦光焦點位置對雙波長增益競爭的影響及不同泵浦功率下雙波長激光的輸入輸出特性。分別采用兩鏡腔和三鏡腔結構實現(xiàn)了LD端面泵浦Nd：YVO4晶體1064nm和1342nm連續(xù)波雙波長激光輸出，同時利用連續(xù)波雙波長激光運轉的空間速率方程模型對實驗結果進行了理論模擬。 2.在考慮到熱致衍射損耗及聲光開關時間對雙波長調Q脈沖性能影響的基礎上，給出了描述LD泵浦調Q雙波

5、長激光運轉速率方程模型。分別采用兩鏡腔和三鏡腔結構實現(xiàn)了LD端面泵浦Nd：YVO4晶體聲光調Q 1064nm和1342nm雙波長激光運轉；測量了一定重復頻率下，雙波長輸出的平均功率、脈沖寬度、脈沖間隔隨泵浦功率的變化關系及雙波長輸出平均功率與泵浦光焦點位置的關系；同時利用聲光調Q雙波長速率方程模型對實驗結果進行了理論模擬。 3.提出了一種間歇振蕩技術，采用一個泵浦源、Y型諧振腔、一塊增益介質和兩聲光開關，有效分配上能級受激反轉粒

6、子數，避免兩振蕩譜線間的競爭效應，實現(xiàn)穩(wěn)定的雙波長基頻輸出。該技術通過控制兩聲光之間的開關延遲時間來實現(xiàn)雙波長間歇振蕩，而且延遲時間連續(xù)可調，可通過調節(jié)延遲時間來控制雙波長激光功率輸出比。在實驗上實現(xiàn)了LD側面泵浦Nd：YAG晶體雙波長間歇振蕩穩(wěn)定激光輸出，測量了一定重復頻率和泵浦功率下，雙波長輸出的平均功率、脈沖寬度隨延遲時間的變化關系；根據激光器的速率方程理論，提出了四能級系統(tǒng)的間歇振蕩雙波長激光運轉的速率方程模型，同時利用該模型對

7、實驗結果進行了理論模擬。 4.根據光動力療法診治腫瘤的原理，提出了一種以雙結構PPLT為變頻晶體，實現(xiàn)411nm和671nm紫-紅雙色全固態(tài)激光技術方案。利用雙LD泵浦兩塊Nd：YVO4晶體產生1064nm和1342nm雙波長同時振蕩，在此基礎上，利用室溫極化的級聯(lián)結構、多通道的PPLT光學超晶格實現(xiàn)準位相匹配，實現(xiàn)了411nm和671nm紫-紅雙色激光輸出。 5.分析了各種非線性紫外晶體的基本特性，比較了其優(yōu)缺點，實驗

8、研究了LD端面泵浦Nd：YVO4晶體1342nm連續(xù)及準連續(xù)運轉激光輸出特性；實驗研究了LD端面泵浦Nd：YVO4晶體聲光調Q、KTP腔內倍頻671nm激光輸出特性，并在此基礎上分別采用BBO和LBO晶體為腔外四倍頻晶體，實現(xiàn)了1342nm激光四倍頻335.5nm紫外激光輸出：對比研究了BBO、LBO晶體用于1342nm四倍頻時的晶體特性，在吸收功率6.3W，聲光重復頻率10kHz時，采用LBO晶體和BBO晶體作為四倍頻晶體分別獲得35