全固態(tài)內腔光學參量振蕩及內腔倍頻技術的研究.pdf

1、內腔光學參量振蕩(IOPO)及內腔倍頻技術是非線性光學頻率變換領域中的兩個重要組成部分，其可以有效利用腔內較高的功率密度，獲得高功率、高能量的激光輸出，并且具有轉換效率高、閾值低的特點。其中，內腔光學參量振蕩技術是獲得人眼安全波段1.5xμm激光光源的重要手段之一，該波段的激光在光通訊、激光測距、激光雷達與遙感、大氣探測、激光醫(yī)療等領域有著廣泛的應用前景。在此基礎上，由于THz波的特點，基于內腔THz參量振蕩技術產生THz波輻射已成為當

2、前的一個研究熱點。目前，高功率綠光激光器因其在激光材料加工、激光彩色顯示、激光醫(yī)療以及激光同位素分離等領域的重要應用而成為研究的熱點。內腔倍頻技術是實現高功率綠光激光器輸出的最常用的方法。
　　 本文的主要內容和創(chuàng)新點可歸納如下：
　　 1.從準連續(xù)泵浦被動調Q激光器的速率方程出發(fā)，首次推導了準連續(xù)被動調Q激光器運轉的閾值泵浦速率的計算公式，給出了在一個泵浦周期內產生一個或多個脈沖的閾值泵浦速率及功率范圍的表達式，分析了

3、泵浦脈沖寬度、泵浦速率及輸出鏡反射率對輸出脈沖能量和脈沖寬度的影響。并且對被動調Q激光器進行理論上的優(yōu)化設計；
　　 2.從理論上研究了主動調Q IOPO和被動調Q IOPO在單諧振和雙諧振時的動力學方程，并進行了數值模擬。分析了激光輸出鏡反射率、泵浦強度及被動調Q可飽和吸收體透過率對輸出脈沖的影響。首次推導了單諧振內腔光學參量振蕩的閾值公式。理論分析結果為內腔光學參量振蕩的實驗研究提供了深入和全面的理論基礎；
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4、.基于內腔光學參量振蕩技術，采用不同的調Q方式對1.57μm人眼安全激光器進行了實驗研究。當采用LD側面泵浦Nd∶YAG晶體，聲光調Q，KTP晶體作為參量振蕩晶體，獲得了重復頻率3.5kHz、平均功率1.2W、脈沖寬度4.9ns的1.57μm激光輸出，這是首次采用全固態(tài)LD側面泵浦方式實現1.57μm激光輸出的實驗研究。當采用電光調Q方式，獲得了重復頻率10Hz、單脈沖能量31.5mJ、脈沖寬度3.48ns的1.57μm激光輸出。當采用

5、準連續(xù)LD側面泵浦Nd∶YAG晶體，Cr4+∶YAG晶體被動調Q，獲得了重復頻率40Hz、最大單脈沖能量2.3mJ、脈沖寬度2.6ns的1.57μm激光輸出。后兩者在同類文獻報道中均為最高能量輸出，達到國際領先水平；
　　 4.總結和分析了MgO∶LiNbO3晶體在紅外、近紅外以及THz波段的色散和吸收特性，理論計算了基于MgO∶LiNbO3晶體非共線相位匹配技術實現THz波參量振蕩輸出的波長調諧曲線。根據TPO的原理，首次推導

6、了雙波長THz波產生的相關理論。實驗中，采用電光調Q Nd∶YAG激光器內腔泵浦TPO裝置，通過角度調諧得到了1069.4-1073.4nm的相干窄帶、連續(xù)可調的Stokes光輸出，理論計算對應輸出THz的頻率范圍為1.4-2.5THz。
　　 5.對高功率綠光激光器進行理論和實驗研究。在理論上計算了內腔倍頻綠光激光器中激光晶體和倍頻晶體中的溫度分布，其中，激光晶體分別采用單晶Nd∶YAG棒和復合Nd∶YAG陶瓷棒。理論計算了有

7、熱致雙折射時諧振腔的穩(wěn)區(qū)分布。采用CEO公司生產的1600W半導體側泵模塊，基于新型的復合Nd∶YAG陶瓷多晶棒，進行了準連續(xù)綠光激光器的實驗研究。當采用單聲光調Q時，實現了重復頻率10.6kHz，最大平均功率為104W的綠光輸出。在100W時，功率不穩(wěn)定性為0.1％，這是利用陶瓷Nd∶YAG晶體實現的綠光輸出最高功率；當采用正交的雙聲光Q開關調Q，高抗灰跡的KTP晶體倍頻，實現了重復頻率25kHz，最大平均功率153W的綠光輸出，光光