腔內(nèi)倍頻固體拉曼激光器及新型鎖模激光器的研究.pdf

1、受激拉曼散射(SRS)是一種三階的非線性效應(yīng)，是實現(xiàn)激光頻率變換一種有效方法。固體拉曼激光器是利用現(xiàn)有激光光源和晶體中的受激拉曼散射效應(yīng)，產(chǎn)生新激光譜線的一種激光器。產(chǎn)生的拉曼散射光的頻率由泵浦光的波長及拉曼介質(zhì)本身決定，通過選擇不同波長的泵浦光和拉曼介質(zhì)，散射光的光譜可遍及紫外到近紅外的范圍。近年來，隨著固體拉曼材料生長技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多優(yōu)秀的拉曼晶體。全固態(tài)拉曼激光器也成為當(dāng)前的一個研究熱點，以其結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點

2、吸引了廣泛的關(guān)注，在信息、交通、醫(yī)療、測量和國防等領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用。
　　 腔內(nèi)倍頻固體拉曼激光器是利用倍頻晶體將產(chǎn)生的一階拉曼散射光倍頻，產(chǎn)生波長在560～600 nm范圍的一類激光器，是固體拉曼激光器的一個重要用途。產(chǎn)生的橙黃波段的激光在生物醫(yī)學(xué)、醫(yī)療美容、食品藥品檢測、信息存儲、通訊、軍工、大氣遙感等方面有廣泛的應(yīng)用。由于常用的摻釹激光材料很難產(chǎn)生高效運轉(zhuǎn)于1120nm～1200 nm的激光，因而該波段的激光很難通過直接

3、倍頻摻釹材料激光器的方法來產(chǎn)生。利用晶體的受激拉曼散射效應(yīng)將激光二極管泵浦摻Nd材料得到的1.06μm附近激光轉(zhuǎn)換為1.18μm附近激光，再進(jìn)行倍頻，可以得到該波段激光的有效輸出，這一方法已成為目前獲得該波段激光的重要手段。
　　 隨著對激光技術(shù)的深入研究，人們在追求更多激光波長的同時，人們也注重時域上的超短脈沖的研究。超短激光脈沖具有脈沖寬度窄，峰值功率高，光譜寬等優(yōu)點，在國防、核聚變、激光測量、非線性頻率變換、醫(yī)療診斷、激光

4、切割、激光雷達(dá)等領(lǐng)域，具有巨大的經(jīng)濟價值。通過在腔內(nèi)插入飽和吸收體的被動鎖模技術(shù)是目前獲得fs或ps超短脈沖的一種重要方法。
　　 本論文以Nd：YAG作為激光介質(zhì)，分別研究了SrWO4、BaWO4、GdVO4及KLu(WO4)2的拉曼特性。并采用KTP作為倍頻晶體通過腔內(nèi)倍頻拉曼激光器的方式獲得了589 nm附近黃光的高效率輸出。研究了以SESAM做飽和吸收體的Nd：CYA，Nd：LSO及Nd：LYSO的鎖模激光特性。研究了使

5、用graphene做飽和吸收體的摻Er光纖鎖模激光器的激光特性。具體的研究內(nèi)容如下：
　　 1.研究了以Nd：YAG透明陶瓷做激光介質(zhì)，SrWO4晶體做拉曼介質(zhì)，KTP晶體做倍頻介質(zhì)，主動調(diào)Q的倍頻拉曼激光器在589 nm波長的高效運轉(zhuǎn)。采用三鏡耦合腔，當(dāng)泵浦功率為16.2 W，脈沖重復(fù)率為20 kHz時，獲得了平均輸出功率為2.93 W的590 nm黃光，對應(yīng)的從LD到黃光的光-光轉(zhuǎn)換效率為18.1％。
　　 2.研究

6、了LD端面泵浦的內(nèi)腔式主動調(diào)Q Nd：YAG/BaWO4拉曼激光的激光特性，獲得了1.92 W的1180 nm激光輸出，對應(yīng)的從LD到拉曼光的光-光轉(zhuǎn)換效率為20.9％。以KTP晶體做倍頻介質(zhì)，采用腔內(nèi)倍頻拉曼激光器的方式，實現(xiàn)了590 nm激光的高效運轉(zhuǎn)，獲得了平均輸出功率為2.83 W的590 nm黃光，對應(yīng)的從LD到黃光的光-光轉(zhuǎn)換效率為17.9％。采用LD側(cè)面泵浦的Nd：YAG/BaWO4/KTP倍頻拉曼激光獲得了平均輸出功率為

7、8.3 W的黃光，對應(yīng)的光-光轉(zhuǎn)換效率為6.57％。
　　 3.研究了LD端面泵浦的Nd：YAG/GdVO4主動調(diào)Q內(nèi)腔式拉曼激光器的激光特性。當(dāng)泵浦功率為7.44 W，脈沖重復(fù)頻率為20 kHz時，獲得了平均功率為1.3 W的1174nm一階拉曼光，對應(yīng)的光-光轉(zhuǎn)換效率為17.4％。將Nd：YAG/GdVO4內(nèi)腔拉曼激光器與Nd：GdVO4自拉曼激光器進(jìn)行比較，結(jié)果表明在相同泵浦功率和脈沖重復(fù)頻率條件下Nd：YAG/GdVO4

8、內(nèi)腔式拉曼激光器可以獲得更高的最大平均輸出功率和轉(zhuǎn)換效率。
　　 4.研究了LD端面泵浦的主動調(diào)Q內(nèi)腔式Nd：YAG/KLu(WO4)2拉曼激光器的激光特性。使用一塊c切KLu(WO4)2晶體做拉曼介質(zhì)，獲得了2.5 W的1178 nm拉曼光，對應(yīng)的光-光轉(zhuǎn)換效率為20.1％。使用一塊b切KLu(WO4)2晶體做拉曼介質(zhì)時，獲得了包括1064 nm基頻光，1074 nm，1085 nm，1095 nm，1106 nm，1117

9、nm，1128 nm，1139 nm，1151 nm和1163 nm分別對應(yīng)于88 cm-1拉曼頻移的一至九階斯托克斯散射光；對應(yīng)于757 cm-1拉曼頻移的1157 nm，1169 nm和1182 nm激光以及對應(yīng)于907 cm-1拉曼頻移的1178 nm拉曼光共14個波長同時輸出。
　　 5.研究了以Nd：CYA晶體做激光介質(zhì)的連續(xù)激光特性和被動鎖模特性。使用SESAM做飽和吸收體，首次實現(xiàn)了Nd：CYA在1080 nm的穩(wěn)

10、定連續(xù)鎖模運轉(zhuǎn)。采用V型腔時，當(dāng)吸收的泵浦功率為13 W時，獲得了2.25 W的鎖模脈沖；脈沖寬度為3.9 ps，光譜寬度為0.6 nm。
　　 6.研究了LD泵浦的Nd：LSO晶體的連續(xù)激光特性，并首次實現(xiàn)了Nd：LSO晶體在1074.8 nm的連續(xù)鎖模運轉(zhuǎn)。使用SESAM做飽和吸收體，采用V型腔，當(dāng)吸收的泵浦功率為14.5 W時，獲得了1.42 W的穩(wěn)定的1074.8 nm連續(xù)鎖模脈沖，脈沖寬度為12.3 ps，光譜寬度為0

11、.22 nm。
　　 7.研究了LD泵浦的Nd：LYSO晶體的連續(xù)激光特性，并首次實現(xiàn)了Nd：LYSO晶體的雙波長連續(xù)鎖模運轉(zhuǎn)。采用SESAM做飽和吸收體，采用V型腔，實現(xiàn)了1075.8 nm和1078.1 nm的雙波長同步鎖模輸出，當(dāng)吸收的泵浦功率為12.7 W時，所獲得的最大穩(wěn)定鎖模激光的輸出功率為1.7 W，鎖模脈沖寬度為8.9 ps。對雙波長同步鎖?，F(xiàn)象進(jìn)行了簡單的理論模擬，理論結(jié)果與實驗結(jié)果基本一致。
　　 8

12、.在摻Er光纖激光器的環(huán)形腔中，使用graphene作為飽和吸收體，對1550 nm附近的激光進(jìn)行調(diào)制，獲得了穩(wěn)定的連續(xù)鎖模激光脈沖。當(dāng)使用一個～11.4 m長的正色散環(huán)形腔時，獲得了20.25 MHz的高重復(fù)率，脈沖寬度從1.7 ns到7.2 ns連續(xù)可調(diào)的納秒方形鎖模脈沖。并在使用graphene作為飽和吸收體的摻Er光纖鎖模激光器中，得到了Noise-Like鎖模態(tài)，測得的脈沖寬度為311 fs，3dB光譜帶寬約為14 nm。

13、r>　　 本研究論文主要創(chuàng)新點如下：
　　 1.研究和優(yōu)化設(shè)計了LD端面泵浦KTP腔內(nèi)倍頻Nd：YAG/SrWO4主動調(diào)Q拉曼激光器，當(dāng)泵浦功率為16.2 W，脈沖重復(fù)率為20 kHz時，獲得了平均輸出功率為2.93W的590 nm黃光，對應(yīng)的從LD到黃光的光-光轉(zhuǎn)換效率為18.1％，為當(dāng)時倍頻調(diào)Q拉曼激光器中的最高轉(zhuǎn)換效率。采用LD側(cè)面泵浦的Nd：YAG/BaWO4/KTP倍頻拉曼激光獲得了平均輸出功率為8.3 W的黃光，對

14、應(yīng)的光-光轉(zhuǎn)換效率為6.57％。該結(jié)果為目前報道的晶體倍頻調(diào)Q拉曼激光器的最高功率。
　　 2.首次研究了LD泵浦主動調(diào)Q內(nèi)腔式Nd：YAG/KLu(WO4)2拉曼激光器的激光特性。使用一塊c切KLu(WO4)2晶體做拉曼介質(zhì)，獲得了2.5 W的1178 nm拉曼光，對應(yīng)的光-光轉(zhuǎn)換效率為20.1％。使用一塊b切KLu(WO4)2晶體做拉曼介質(zhì)時，獲得了包括1064 nm基頻光，1074 nm，1085 nm，1095 nm，1

15、106 nm，1117 nm，1128 nm，1139 nm，1151 nm和1163 nm分別對應(yīng)于88 cm-1拉曼頻移的一至九階斯托克斯散射光；對應(yīng)于757 cm-1拉曼頻移的1157 nm，1169 nm和1182 nm激光以及對應(yīng)于907 cm-1拉曼頻移的1178 nm拉曼光共14個波長同時輸出。
　　 3.首次研究了Nd：CYA，Nd：LSO和Nd：LYSO晶體的被動鎖模激光特性。使用SESAM做飽和吸收體，Nd：

16、CYA做激光介質(zhì)，獲得了2.25 W的1080 nm的鎖模脈沖，脈沖寬度為3.9 ps；使用Nd：LSO做激光介質(zhì)，獲得了1.42 W的穩(wěn)定的1074.8 nm連續(xù)鎖模脈沖，脈沖寬度為12.3 ps；使用Nd：LYSO做激光介質(zhì)，實現(xiàn)了1075.8 nm和1078.1 nm的雙波長同步鎖模輸出。
　　 4.在摻Er光纖激光器中，使用graphene作為飽和吸收體，首次研究了了20.25 MHz的高重復(fù)率，脈沖寬度從1.7 ns到