【摘要】：全固態(tài)單頻連續(xù)波激光器因其具有高相干性、低噪聲、高光束質(zhì)量以及窄線寬等優(yōu)點已經(jīng)成為量子精密測量、冷原子物理、量子光學與量子信息、高分辨率激光光譜等眾多科學研究與應用領域的必要光源。隨著科學研究的不斷深入和飛速發(fā)展,許多研究領域如量子信息以及精密測量等要求激光器在具有較高輸出功率的同時,還要有較高的穩(wěn)定性并能在長期運轉(zhuǎn)過程中始終保持穩(wěn)定的單縱模運轉(zhuǎn)。而冷原子物理以及激光雷達等研究領域則要求激光器在穩(wěn)定單頻運轉(zhuǎn)時還要有一定的頻率連續(xù)調(diào)諧能力。為此,我們在實現(xiàn)全固態(tài)單頻連續(xù)波激光器的頻率連續(xù)調(diào)諧和提高全固態(tài)單頻連續(xù)波激光器的長期穩(wěn)定性等方面進行了深入研究,具體研究內(nèi)容包括:1.利用電光效應鎖定標準具實現(xiàn)了激光器的頻率連續(xù)調(diào)諧,研制了全固態(tài)單頻連續(xù)波寬調(diào)諧鈦寶石激光器。基于LabVIEW設計了粗調(diào)諧元件雙折射濾波片的控制程序,通過反饋控制激光諧振腔內(nèi)粗調(diào)諧元件雙折射濾波片的角度實現(xiàn)激光器輸出波長的自動寬調(diào)諧;在此基礎上,通過鎖定腔內(nèi)電光標準具然后連續(xù)掃描激光諧振腔的腔長實現(xiàn)激光器輸出頻率的連續(xù)調(diào)諧。由于標準具的鎖定過程是基于光學晶體的電光效應來實現(xiàn)的,因此,其調(diào)制信號的頻率不受任何限制,可任意選取。通過改變用于鎖定標準具的調(diào)制信號的頻率實現(xiàn)了對激光器強度噪聲的操控。實驗實現(xiàn)的全固態(tài)單頻連續(xù)波可調(diào)諧鈦寶石激光器的自動寬調(diào)諧范圍為110 nm(760 nm-870 nm),連續(xù)調(diào)諧范圍大于20GHz。2.聯(lián)合腔內(nèi)鎖定標準具和非線性損耗有效擴展了單頻連續(xù)波激光器的連續(xù)調(diào)諧范圍,突破了激光器內(nèi)標準具的自由光譜區(qū)對最大頻率連續(xù)調(diào)諧范圍的限制。利用該方法實現(xiàn)了連續(xù)調(diào)諧范圍達到222.4 GHz的單頻連續(xù)波內(nèi)腔倍頻Nd:YVO_4/LBO激光器,據(jù)我們所知,這是目前可實現(xiàn)的連續(xù)無跳模調(diào)諧范圍最寬的全固態(tài)單頻連續(xù)波激光器。利用該方法,我們在實驗上還實現(xiàn)了連續(xù)可調(diào)諧內(nèi)腔倍頻Nd:YAP/LBO激光器,獲得了連續(xù)無跳模調(diào)諧范圍達146.7 GHz(@540 nm)的寬范圍連續(xù)可調(diào)諧1080nm/540 nm雙波長激光輸出,540 nm和1080 nm激光的最高輸出功率分別為4.18 W和2.39 W。由于激光器在很寬的范圍內(nèi)均可以實現(xiàn)連續(xù)無跳模調(diào)諧,所以在長期運轉(zhuǎn)過程中能夠始終保持單縱模運轉(zhuǎn)狀態(tài),不會出現(xiàn)任何多模振蕩或跳�，F(xiàn)象。3.提出了一種通過反饋控制激光諧振腔內(nèi)非線性損耗的大小來提高單頻連續(xù)波激光器穩(wěn)定性的方法,有效提高了全固態(tài)單頻連續(xù)波高功率1064 nm激光器的穩(wěn)定性。在激光諧振腔內(nèi)插入非線性倍頻晶體LBO引入非線性損耗,通過控制LBO晶體的溫度可實現(xiàn)對激光諧振腔內(nèi)非線性損耗的操控,進而改變激光器的輸出功率。通過光電負反饋控制LBO晶體的溫度,2小時內(nèi)激光器輸出功率的波動從±0.59%減小到±0.26%,同時,激光器1分鐘內(nèi)的頻率漂移也從21.82 MHz減小到9.84 MHz。實驗結(jié)果表明,通過反饋控制激光諧振腔內(nèi)的非線性損耗,單頻連續(xù)波激光器的功率穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性均得到有效提高。創(chuàng)新性研究工作:A.利用電光效應鎖定標準具實現(xiàn)了激光器的頻率連續(xù)調(diào)諧,研制了強度噪聲可操控的全固態(tài)單頻連續(xù)波寬調(diào)諧鈦寶石激光器;B.聯(lián)合腔內(nèi)鎖定的標準具和非線性損耗擴展了全固態(tài)單頻連續(xù)波激光器的連續(xù)調(diào)諧范圍,實現(xiàn)了頻率連續(xù)可調(diào)諧的全固態(tài)單頻連續(xù)波Nd:YVO_4/LBO激光器和全固態(tài)單頻連續(xù)波Nd:YAP/LBO雙波長激光器。C.通過反饋控制激光諧振腔內(nèi)的非線性損耗提高了全固態(tài)單頻連續(xù)波激光器的長期穩(wěn)定性。
【學位授予單位】：山西大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN248
【圖文】：

連續(xù)可調(diào)諧激光器的研究競爭”機制如圖 2-1 所示，假設在激光器增益譜范圍內(nèi)包含有 q-滿足振蕩條件（曲線 1），起始階段，三個模式均可以起振；隨著，由于激光器的增益飽和效應，其增益逐漸減小，當減小到曲線 2 q-1 的增益小于閾值，因此該模式對應激光猝滅；隨著腔內(nèi)光強增益減小到曲線 3 所示情形時，模式 q+1 的增益小于閾值，該模；隨著腔內(nèi)光強繼續(xù)增大，激光器的增益減小到曲線 4 所示情形損耗相等，腔內(nèi)光場形成穩(wěn)定振蕩，因此，經(jīng)過模式競爭后，激光靠近增益中心的模式形成穩(wěn)定振蕩，激光器實現(xiàn)單縱模運轉(zhuǎn)。

第二章 激光器選模與調(diào)諧原理111arctan narctann 棱鏡的折射率。由于不同的波長對應棱鏡的定，所以不同波長的激光束經(jīng)棱鏡后傳播上分離，輸出耦合鏡選取相應的角度位置。這種方法的最小波長分離范圍約為 1 nm

13圖 2-3 利特羅光柵[2.5]選的方法是將諧振腔的一個腔鏡換成的一級衍射光與入射光重合，工作在自準-3 所示。根據(jù)光柵方程有 2d sin α 為入射光（或一級衍射光）與光柵法線主極大對應的波長，即諧振腔內(nèi)選出的振波長的激光在諧振腔內(nèi)起振。這種選模方大，一種有效減小損耗的方法是采用閃耀

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本文編號：2750001