全固態(tài)內(nèi)腔拉曼激光器與準(zhǔn)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(shí)際應(yīng)用的一種重要手段，在光學(xué)的研究領(lǐng)域內(nèi)占有重要的地位。常見(jiàn)的非線性效應(yīng)主要有二階非線性效應(yīng)和三階非線性效應(yīng)，其中二階非線性效應(yīng)有倍頻、和頻、差頻、光參量振蕩等，三階非線性效應(yīng)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(qiáng)激光與物質(zhì)相互作用的現(xiàn)象，在這個(gè)現(xiàn)象中物質(zhì)中的原子、分子或晶格與光電場(chǎng)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(qiáng)度強(qiáng)和方向性高等特

2、點(diǎn)，在醫(yī)療、測(cè)量、信息和交通等眾多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。
　　激光導(dǎo)引技術(shù)可以創(chuàng)造出入造信標(biāo)光，能有效解決自適應(yīng)光學(xué)中自然信標(biāo)光受限的問(wèn)題，為自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)提供必要條件。波長(zhǎng)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(dǎo)引技術(shù)的激光光源。而隨著半導(dǎo)體泵浦技術(shù)的發(fā)展和晶體生長(zhǎng)工藝的進(jìn)步，基于晶體拉曼方式來(lái)獲得589 nm激光的研究引起了越來(lái)越多的關(guān)注。
　　隨著激光技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的深入

3、，人們對(duì)激光輸出參數(shù)的要求也越來(lái)越高。但激光輸出的參數(shù)有時(shí)是相互矛盾的，如高功率可能會(huì)導(dǎo)致光束質(zhì)量變差等，因此激光放大技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。激光放大技術(shù)為一種利用光受激輻射進(jìn)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(zhǎng)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(shí)現(xiàn)了雙基頻雙拉曼的四波長(zhǎng)同步輸出，功率水平基本一致。研究了兩種實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)連續(xù)工作模式589 nm鈉黃光的方案，一種是通過(guò)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(guò)激光放大與倍頻獲取一個(gè)單縱模、高功率的532nm基頻光，然后外腔拉曼的方式得到準(zhǔn)連續(xù)模式589 nm激光器的方式。具體研究?jī)?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(dǎo)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(zhǎng)值是1047.0 nm，一階Stokes波長(zhǎng)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(shí)的調(diào)Q重復(fù)頻率是6 kHz，脈沖寬度是8.7 ns，對(duì)應(yīng)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(dǎo)體端面泵浦的四波長(zhǎng)同

6、步輸出激光器。兩個(gè)激光腔都通過(guò)端面泵浦的聲光調(diào)Q模式實(shí)現(xiàn)，通過(guò)一個(gè)偏振片將兩個(gè)腔結(jié)合在一起，每個(gè)腔內(nèi)都有一個(gè)a-cutNd∶YLF晶體。兩個(gè)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(gè)腔共用一個(gè)調(diào)Q元件和BaWO4拉曼晶體。通過(guò)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(shí)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(gè)波長(zhǎng)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(jiàn)光范圍內(nèi)的五個(gè)和頻波長(zhǎng)。
　　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(zhǔn)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(dāng)泵浦源的工作頻率和工作時(shí)間被設(shè)為300 Hz和300μs時(shí)，589 nm鈉黃光的輸出平均功率是4.2 W

8、，將占空比計(jì)算在內(nèi)，此時(shí)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(jì)算得到為68.1 kW。
　　4.以Nd∶YAG晶體為激光介質(zhì)實(shí)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(yùn)行，平均功率達(dá)到600 mW，在水平和垂直方向上測(cè)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(shí)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(gè)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(jí)雙程

10、放大，功率被放大到10.4 W，提取效率為6.5％。三級(jí)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(jí)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(jìn)行倍頻，觀察了532nm綠光輸出的實(shí)驗(yàn)。溫度設(shè)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?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)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(dǎo)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(qiáng)度下，拉曼光可達(dá)到2.2 W，相應(yīng)的光—光轉(zhuǎn)化效率為20.9％，此轉(zhuǎn)化效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(dǎo)體端面泵浦的四波長(zhǎng)同步輸出激光器。兩個(gè)激光腔都通過(guò)端面泵浦的聲光調(diào)Q模式實(shí)現(xiàn)，通過(guò)一個(gè)偏振片將兩個(gè)腔結(jié)合在一起，每個(gè)腔內(nèi)都有一個(gè)a-cut Nd∶YLF晶體。兩個(gè)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(gè)腔共用一個(gè)調(diào)Q元件和BaWO4拉曼晶體。通過(guò)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(shí)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(gè)波長(zhǎng)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(jiàn)光范圍內(nèi)的五個(gè)和頻波長(zhǎng)。
　　3.首次晶體拉曼的形式獲得了準(zhǔn)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(dāng)泵浦源的工作頻率與工作時(shí)間被設(shè)置成300 Hz和300μs時(shí)，589 nm激光的輸出平均功率是4.2 W，將占空比計(jì)算在內(nèi)，此時(shí)的