大功率高亮度固體激光器及其諧波產(chǎn)生研究.pdf

1、本論文的內(nèi)容分為兩個(gè)部分，其中前五章的內(nèi)容是作者作為浙江大學(xué)和德國(guó)柏林工業(yè)大學(xué)(Technische Universitat Berlin)聯(lián)合培養(yǎng)的博士研究生，在柏林工業(yè)大學(xué)光學(xué)與原子物理研究所進(jìn)行的為期兩年的研究工作，主要內(nèi)容是大功率高亮度固體激光器及其諧波的產(chǎn)生；第六章的內(nèi)容是作者在攻讀博士學(xué)位前一年半期間在國(guó)內(nèi)所從事的工作，受篇幅所限，主要總結(jié)了針對(duì)外腔反饋的半導(dǎo)體激光器進(jìn)行的一些理論研究。 論文的第二章至第四章對(duì)閃光燈

2、連續(xù)抽運(yùn)的、大功率高亮度、KHz量級(jí)高重復(fù)頻率的調(diào)Q固體激光器進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)的研究。固體激光器中的熱致雙折射效應(yīng)嚴(yán)重地限制了基模輸出功率的提高，為了獲得大功率高質(zhì)量的激光輸出，需要對(duì)熱致雙折射效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償。 文中首先在理論上對(duì)雙棒在腔內(nèi)串接補(bǔ)償熱致雙折射效應(yīng)的條件進(jìn)行了改進(jìn)，然后通過(guò)設(shè)計(jì)合理的腔結(jié)構(gòu)和腔內(nèi)元器件，應(yīng)用4/成像系統(tǒng)空間濾波器并考慮石英旋光器的厚度，使得腔內(nèi)光束的退偏率降至2.5％以下，在基模輸出的情況下，退偏率可

3、以降至1％以下。 使用矩陣光學(xué)的方法簡(jiǎn)化了對(duì)含有這樣一個(gè)復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)的諧振腔穩(wěn)定性和腔內(nèi)光束半徑等特性的分析。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了大基模體積動(dòng)態(tài)穩(wěn)定腔，理論分析了內(nèi)含輔助透鏡的諧振腔的設(shè)計(jì)方法。通過(guò)在腔內(nèi)加入一個(gè)正透鏡來(lái)擴(kuò)大基模體積，使用雙氪燈連續(xù)抽運(yùn)的Nd：YAG激光器，實(shí)驗(yàn)中得到了61W的基模輸出，光束質(zhì)量因子M<'2>為1.4。實(shí)驗(yàn)表明在大基模體積諧振腔的設(shè)計(jì)中，雙折射效應(yīng)的補(bǔ)償時(shí)十分必要的。加入聲光調(diào)Q開(kāi)關(guān)，在脈沖重復(fù)頻率為18

4、kHz的情況下，輸出功率為54W，脈沖寬度為240ns。理論和實(shí)驗(yàn)研究了聲光調(diào)Q開(kāi)關(guān)在腔內(nèi)的位置對(duì)于腔內(nèi)光強(qiáng)分布的影響，解決了調(diào)Q激光對(duì)于腔內(nèi)元件的損傷問(wèn)題。 研究了固體激光器中熱透鏡的球差效應(yīng)及其對(duì)激光器性能的影響。使用Fox-Li的迭代算法計(jì)算了球差效應(yīng)作用下激光諧振腔的本征模，并分析了在不同諧振腔結(jié)構(gòu)的條件下，球差效應(yīng)對(duì)腔內(nèi)光束單程損耗因子以及激光器的輸出功率、光束質(zhì)量等性能的影響。計(jì)算表明，在大基模體積的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定腔中，即

5、使很微弱的球差效應(yīng)，都會(huì)使激光器的基模產(chǎn)生旁瓣，理論分析表明，光束填充因子是動(dòng)態(tài)穩(wěn)定腔的設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要因素，選擇恰當(dāng)?shù)奶畛湟蜃?，既可以獲得較高的輸出功率，又可以保證輸出光束的光束質(zhì)量。最后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了上述理論分析，理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合的很好。在上述研究的基礎(chǔ)上，論文的第五章分別使用KTP晶體和BBO晶體對(duì)紅外光進(jìn)行了頻率轉(zhuǎn)換的研究，產(chǎn)生了二次諧波的綠光和四次諧波的紫外光。在二倍頻的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)測(cè)量了灰跡效應(yīng)產(chǎn)生的閾值和對(duì)倍頻

6、后綠光的光束質(zhì)量的影響，表明了實(shí)驗(yàn)中影響灰跡效應(yīng)的主要因素是KTP晶體出射面上的綠光功率密度的大小，通過(guò)調(diào)節(jié)晶體與會(huì)聚透鏡的距離，成功地消除了灰跡效應(yīng)，在基頻光調(diào)O輸出42W的條件下，獲得了18W的綠光，轉(zhuǎn)換效率為44％。最后使用BBO晶體進(jìn)行四倍頻，獲得了紫外光功率為1.9W。 最后一章中討論了外腔反饋對(duì)半導(dǎo)體激光器輸出光束質(zhì)量的變化，以及外腔反饋對(duì)半導(dǎo)體激光器的閾值電流和輸出功率等振蕩性能的影響。首先從理論上分析了外腔反饋對(duì)