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

1、Ince-Gaussian(IG)光束是橢圓坐標(biāo)系下，平面波動方程(PWE)的準(zhǔn)確正交解，它與Laguerre-Gaussian(LG)光束和Hermite-Gaussian(HG)光束共同構(gòu)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(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用潛

2、力。比如作為光鉗用來限制和操控微粒、生物細(xì)胞和化學(xué)分子。橢圓渦旋還可以限制和操控低溫原子，引導(dǎo)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(diào)Q激光器由于具有高峰值功率和高重復(fù)頻率在激光操控微粒子、光鉗、光鑷以及量子計算等領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，因此，研究被動調(diào)Q微片激光器直接產(chǎn)生高階橫模激光輸出在理論與實(shí)際生產(chǎn)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(guān)注。利用Cr4+∶Y3Al5O12晶體的非線性可飽和吸收特性實(shí)現(xiàn)被動調(diào)Q激光器產(chǎn)生高階激光模式，成為近年來的研究熱點(diǎn)。
　　本文主要研究808 nm的LD連續(xù)泵浦的Nd∶YVO4/Cr4+∶Y3Al5O12被動調(diào)Q微片激光器直接產(chǎn)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(chǎn)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(jìn)行了一系列實(shí)驗研究與理論探討。
　　當(dāng)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(cè)面與泵浦光斑束腰位置的相對距離z為實(shí)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(yuǎn)，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(zhuǎn)換效率10.63％、最高重復(fù)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(cè)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(shí)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(fù)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(zhuǎn)換效率14.9％以及最高重復(fù)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(diào)Q微片激光器產(chǎn)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(dāng)改變傾斜角度和相對距離z時，可以非常方便