Nd-YVO4-Cr4+-Y3Al5O12被動調Q微片激光器直接產生高階橫模激光性能研究.pdf

1、Ince-Gaussian(IG)光束是橢圓坐標系下，平面波動方程(PWE)的準確正交解，它與Laguerre-Gaussian(LG)光束和Hermite-Gaussian(HG)光束共同構成了PWE的完整解，LG光束和HG光束是IG光束的橢圓常數(shù)分別為0和∞時的兩種特定情況。IG光束與LG光束和HG光束相比其光場橫向分布更具多樣性，且螺旋IG(HIG)模式的光場攜帶了多個橢圓渦旋與一定的軌道角動量，因此在多個領域具有非常廣闊的應用潛

2、力。比如作為光鉗用來限制和操控微粒、生物細胞和化學分子。橢圓渦旋還可以限制和操控低溫原子，引導冷卻光子等。渦旋光束攜帶的軌道角動量更可被用于光通信以及信息解碼。高階模式豐富的被動調Q激光器由于具有高峰值功率和高重復頻率在激光操控微粒子、光鉗、光鑷以及量子計算等領域的應用十分廣泛，因此，研究被動調Q微片激光器直接產生高階橫模激光輸出在理論與實際生產中都具有非常重要的意義。
　　Nd∶YVO4晶體是最適合激光二極管(LD)泵浦的激光晶

3、體之一，而Cr4+∶Y3Al5O12(YAG)晶體的飽和吸收特性也越來越受到關注。利用Cr4+∶Y3Al5O12晶體的非線性可飽和吸收特性實現(xiàn)被動調Q激光器產生高階激光模式，成為近年來的研究熱點。
　　本文主要研究808 nm的LD連續(xù)泵浦的Nd∶YVO4/Cr4+∶Y3Al5O12被動調Q微片激光器直接產生高階高斯模式（包括IG、LG和HG模式）激光輸出。針對影響高階高斯模式直接產生的三個主要因素----泵浦光斑大小、吸收泵浦功

4、率大小以及泵浦光傾斜角度進行了一系列實驗研究與理論探討。
　　當吸收泵浦功率為2.4 W，泵浦光傾斜角度為0°時，以Nd∶YVO4晶體左側面與泵浦光斑束腰位置的相對距離z為實驗變量，得到的高階IG模式隨著z的變化而各有不同。束腰光斑位置處，得到橢圓率ε為0的LG模式;離束腰光斑越遠，IG模式的ε值越大。在z=-0.2 mm處，有最大平均輸出功率255 mW、最大光-光轉換效率10.63％、最高重復頻率188 kHz、最短脈沖寬度9

5、.18 ns以及最高峰值功率150.64W的激光脈沖輸出。
　　在固定Nd∶YVO4晶體左側面與泵浦光斑束腰位置的相對距離，泵浦光傾斜角度為0°時，以泵浦光功率大小為實驗變量，可得到不同的高階IG與LG模式。泵浦光功率越高，模式越復雜、模式階數(shù)越高，高功率下能得到高階LG模式。
　　在z=-0.2 mm處，吸收泵浦功率為3.86 W時得到最大平均輸出功率575mW、最大光-光轉換效率14.9％以及最高重復頻率195 kHz的

6、激光脈沖輸出。在z=-2.2 mm處，吸收泵浦功率為5.35 W時得到最短脈寬5.32 ns、最高脈沖能量為6.21μJ以及最高峰值功率1.11kW的激光脈沖輸出。
　　改變泵浦光傾斜角度也會對Nd∶YVO4/Cr4+∶Y3Al5O12被動調Q微片激光器產生的激光模式有著重要影響。在傾斜角為0°時可得到高階IG模式與高階LG模式，傾斜角為2°時可得到高階IG模式與高階HG模式如HG9,8。當改變傾斜角度和相對距離z時，可以非常方便