全固態(tài)內(nèi)腔拉曼激光器與準連續(xù)模式589nm激光器研究.pdf

1、非線性變頻技術(shù)是拓寬光譜覆蓋范圍，不斷滿足實際應用的一種重要手段，在光學的研究領(lǐng)域內(nèi)占有重要的地位。常見的非線性效應主要有二階非線性效應和三階非線性效應，其中二階非線性效應有倍頻、和頻、差頻、光參量振蕩等，三階非線性效應有受激拉曼散射、受激布里淵散射、四波混頻等。其中受激拉曼散射是一種強激光與物質(zhì)相互作用的現(xiàn)象，在這個現(xiàn)象中物質(zhì)中的原子、分子或晶格與光電場相互作用。受激拉曼散射具有很高的受激特性，因此其散射光具有散射強度強和方向性高等特

2、點，在醫(yī)療、測量、信息和交通等眾多領(lǐng)域都有著廣泛的應用。
　　激光導引技術(shù)可以創(chuàng)造出入造信標光，能有效解決自適應光學中自然信標光受限的問題，為自適應光學系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)提供必要條件。波長為589 nm的鈉黃光可以有效激發(fā)“鈉層”的鈉元素，形成共振熒光，可以作為激光導引技術(shù)的激光光源。而隨著半導體泵浦技術(shù)的發(fā)展和晶體生長工藝的進步，基于晶體拉曼方式來獲得589 nm激光的研究引起了越來越多的關(guān)注。
　　隨著激光技術(shù)在實際應用中的深入

3、，人們對激光輸出參數(shù)的要求也越來越高。但激光輸出的參數(shù)有時是相互矛盾的，如高功率可能會導致光束質(zhì)量變差等，因此激光放大技術(shù)應運而生。激光放大技術(shù)為一種利用光受激輻射進行光能量或功率放大的技術(shù)。根據(jù)輸出激光的脈沖寬度不同，放大器可劃分成超短脈沖放大器、脈沖放大器與長波放大器三種。另外，按照激光放大方式的不同，放大器也可劃分成行波放大器、多次放大器與再生式放大器三種。
　　本論文以Nd∶YLF晶體選作基頻增益材料，研究其結(jié)合SrWO4

4、與BaWO4拉曼材料的激光輸出情況。其中Nd∶YLF和BaWO4晶體的組合中，實現(xiàn)了雙基頻雙拉曼的四波長同步輸出，功率水平基本一致。研究了兩種實現(xiàn)準連續(xù)工作模式589 nm鈉黃光的方案，一種是通過腔內(nèi)倍頻側(cè)面泵浦的Nd∶GGG/BaWO4拉曼激光器的方式，另一種是通過激光放大與倍頻獲取一個單縱模、高功率的532nm基頻光，然后外腔拉曼的方式得到準連續(xù)模式589 nm激光器的方式。具體研究內(nèi)容如下。
　　1.以Nd∶YLF晶體選作基

5、頻增益材料，SrWO4晶體選作拉曼增益材料，觀察了半導體端面泵浦聲光調(diào)Q內(nèi)腔拉曼激光器的輸出情況?；l波長值是1047.0 nm，一階Stokes波長值是1158.7 nm。在10.5 W的泵浦光功率下，得到最大拉曼光功率是2.2 W，此時的調(diào)Q重復頻率是6 kHz，脈沖寬度是8.7 ns，對應的光-光轉(zhuǎn)化效率是20.9％。
　　2.以Nd∶YLF晶體選作基頻增益材料，BaWO4晶體選作拉曼增益材料，獲得了半導體端面泵浦的四波長同

6、步輸出激光器。兩個激光腔都通過端面泵浦的聲光調(diào)Q模式實現(xiàn)，通過一個偏振片將兩個腔結(jié)合在一起，每個腔內(nèi)都有一個a-cutNd∶YLF晶體。兩個晶體結(jié)合偏振選擇元件分別輸出1047.0 nm和1053.0 nm的激光，兩個腔共用一個調(diào)Q元件和BaWO4拉曼晶體。通過控制輸出鏡的鍍膜我們能夠?qū)崿F(xiàn)兩基頻光和斯托克斯光的同時輸出。在脈沖同步的情況下，我們得到的1047.0 nm、1053.0 nm、1159.4 nm和1166.8 nm四個波長的

7、最高功率分別為427 mW、428 mW、423 mW和332 mW。并利用和頻的方式得到了其在可見光范圍內(nèi)的五個和頻波長。
　　3.以Nd∶GGG晶體選作基頻增益材料，BaWO4晶體選作拉曼增益材料，KTP晶體選作倍頻材料，研究了準連續(xù)側(cè)面泵浦的聲光調(diào)Q內(nèi)腔倍頻589 nm激光輸出。589 nm激光的輸出形式為宏微脈沖形式，當泵浦源的工作頻率和工作時間被設為300 Hz和300μs時，589 nm鈉黃光的輸出平均功率是4.2 W

8、，將占空比計算在內(nèi)，此時的平均功率是46.2 W。脈沖寬度為13.6 ns，調(diào)Q頻率為33.3 kHz，因此峰值功率計算得到為68.1 kW。
　　4.以Nd∶YAG晶體為激光介質(zhì)實現(xiàn)了1064nm的單縱模輸出。激光的調(diào)制模式選用聲光調(diào)Q的方式，調(diào)制頻率是50 kHz。1064nm激光在單縱模模式下運行，平均功率達到600 mW，在水平和垂直方向上測量的光束質(zhì)量因子數(shù)值是M2x=1.08,M2y=1.10，脈沖寬度約為40 ns。

9、
　　5.以單縱模1064 nm激光為種子，Nd∶YAG晶體光纖為增益介質(zhì)，觀察了1064 nm激光的放大情況。種子光在晶體光纖內(nèi)的光斑分布為500-450-500μm，在5.5 W的平均泵浦功率下，種子平均功率被放大到0.99 W，此時的脈沖寬度和光譜寬度與種子基本相同，光束質(zhì)量因子M2x=1.12，M2y=1.10。
　　6.基于三個Nd∶YAG晶體側(cè)面泵浦模塊，觀察分析了單縱模1064 nm種子激光放大的情況。二級雙程

10、放大，功率被放大到10.4 W，提取效率為6.5％。三級單程放大，功率被放大的25.6 W，經(jīng)偏振處理后功率為22.8 W。四級單程放大，功率被放大到54.0 W，經(jīng)偏振處理后功率為40.0 W。
　　7.以LBO選作為倍頻晶體材料，使用溫度相位匹配的方式進行倍頻，觀察了532nm綠光輸出的實驗。溫度設定到150.6℃，將39W基頻光輸入到倍頻晶體中，我們獲得了20 W的綠光輸出，轉(zhuǎn)化效率51.3％。532 nm綠光的脈沖寬度為2

11、8ns，光束質(zhì)量因子為M2x=1.30，M2y=1.42。
　　本研究論文的主要創(chuàng)新點如下:
　　1.以Nd∶YLF晶體選作基頻增益材料，SrWO4晶體選作拉曼增益材料，觀察了半導體端面泵浦聲光調(diào)Q內(nèi)腔拉曼激光器的輸出情況。在10.5 W的泵浦光強度下，拉曼光可達到2.2 W，相應的光—光轉(zhuǎn)化效率為20.9％，此轉(zhuǎn)化效率遠遠高于已有的基于Nd∶YLF晶體的拉曼激光器的效率。
　　2.首次以以Nd∶YLF晶體選作基頻增益

12、材料，BaWO4晶體選作拉曼增益材料，獲得了半導體端面泵浦的四波長同步輸出激光器。兩個激光腔都通過端面泵浦的聲光調(diào)Q模式實現(xiàn)，通過一個偏振片將兩個腔結(jié)合在一起，每個腔內(nèi)都有一個a-cut Nd∶YLF晶體。兩個晶體結(jié)合偏振選擇元件分別輸出1047.0 nm和1053.0 nm的激光，兩個腔共用一個調(diào)Q元件和BaWO4拉曼晶體。通過控制輸出鏡的鍍膜我們能夠?qū)崿F(xiàn)兩基頻光和斯托克斯光的同時輸出。在脈沖同步的情況下，我們得到的1047.0 nm

13、、1053.0 nm、1159.4 nm和1166.8 nm四個波長的最高功率分別為427 mW、428 mW、423 mW和332 mW。并利用和頻的方式得到了其在可見光范圍內(nèi)的五個和頻波長。
　　3.首次晶體拉曼的形式獲得了準連續(xù)589 nm激光的輸出，5589 nm激光的輸出形式為宏微脈沖形式，當泵浦源的工作頻率與工作時間被設置成300 Hz和300μs時，589 nm激光的輸出平均功率是4.2 W，將占空比計算在內(nèi)，此時的