發(fā)布時(shí)間：2020-08-09 12:58

【摘要】：隨著全固態(tài)單頻可調(diào)諧激光器的迅速發(fā)展及光與原子耦合系統(tǒng)的深入研究,900nm波段全固態(tài)鈦寶石激光器輸出的幾個(gè)中心波長(zhǎng)的單頻激光分別對(duì)應(yīng)著銫原子的幾對(duì)躍遷吸收線,近年來(lái)在光-原子操控、量子信息存儲(chǔ)等研究領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。而且,其倍頻后獲得的450nm波段可調(diào)諧單頻激光也對(duì)應(yīng)于鋇離子基態(tài)、銫原子高能態(tài)等躍遷吸收線,在原子冷卻與俘獲、量子計(jì)算、量子操控等研究課題中也占據(jù)著重要的主導(dǎo)作用。這些應(yīng)用均要求900nm波段的激光輸出功率高、光束質(zhì)量好、頻率穩(wěn)定性好、線寬窄、噪聲低,而且重復(fù)性較好、抗干擾能力強(qiáng)。為滿足這些性能指標(biāo),本論文中我們圍繞高功率輸出的900nm波段鈦寶石激光器及連續(xù)單頻可調(diào)諧進(jìn)行研究,完成了以下工作:1.主要介紹了鈦寶石晶體的吸收光譜、熒光光譜特性及其線寬壓窄技術(shù),并從實(shí)驗(yàn)需求出發(fā),設(shè)計(jì)了可同時(shí)實(shí)現(xiàn)壓窄激光器線寬及寬范圍連續(xù)調(diào)諧能力的實(shí)驗(yàn)裝置;2.理論上從四能級(jí)速率方程出發(fā),計(jì)算了激光振蕩閾值及輸出功率隨激光器泵浦光與振蕩光之間的模式匹配關(guān)系變化而變化的規(guī)律,為降低泵浦閾值功率、提高900nm波段紅外激光輸出功率和改善其光束質(zhì)量提供了理論基礎(chǔ)。3.實(shí)驗(yàn)上設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)緊湊、調(diào)節(jié)靈活的嵌入式六鏡環(huán)形諧振腔,通過(guò)改變嵌入臂的長(zhǎng)短可靈活調(diào)節(jié)激光器的模式匹配狀態(tài),獲得最大光-光轉(zhuǎn)換效率。在輸出功率為15W的532nm全固態(tài)單頻激光器的泵浦條件下,獲得了900nm波段平均輸出功率大于2W,波長(zhǎng)調(diào)諧范圍為852~934nm的寬調(diào)諧單頻激光器,光束質(zhì)量因子M~21.04,三小時(shí)內(nèi)功率穩(wěn)定性優(yōu)于±0.7%。4.實(shí)驗(yàn)上我們對(duì)911nm鈦寶石激光器進(jìn)行了拓展研究,采用7.5mm長(zhǎng)的LBO晶體插入鈦寶石激光器腔內(nèi)進(jìn)行倍頻,當(dāng)注入11.64W單頻532nm激光時(shí),獲得了功率為1.63W的455.5nm單頻藍(lán)光輸出,綠光-藍(lán)光轉(zhuǎn)換效率為14%,自由運(yùn)轉(zhuǎn)三小時(shí)功率穩(wěn)定性約±2.5%,M~2因子分別為Mx~2=1.31、My~2=1.84。
【學(xué)位授予單位】：山西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TN248.1
【圖文】：

軍事、醫(yī)療及一些前沿的科學(xué)研究如原子鐘、算等方面有著廣泛的應(yīng)用[51]，而且鈦寶石激光其波長(zhǎng)輸出范圍。也正因?yàn)殁亴毷w熒光譜往往需要插入一些光學(xué)元件來(lái)壓窄線寬，確保2.1 鈦寶石晶體的光譜特性及品質(zhì)因子鈦寶石晶體(Ti3+:Al2O3)中 Ti3+離子的外層一個(gè)未配對(duì)的電子 3d1，它具有五重簡(jiǎn)并的能級(jí)分裂為三重簡(jiǎn)并的2T2(基態(tài))和二重簡(jiǎn)并的這兩個(gè)能級(jí)之間，由于激活離子和配位體離子成準(zhǔn)連續(xù)能帶[53]，在頻率為 的外輻射場(chǎng)作用光子后躍遷到激發(fā)態(tài)，形成了波長(zhǎng)范圍如圖 2到頻率為1 的輻射場(chǎng)作用，放出一個(gè)能量為h示的寬熒光譜帶。

900nm 波段全固態(tài)連續(xù)單頻可調(diào)諧鈦寶石激光器用在諧振腔內(nèi)進(jìn)行調(diào)諧和線寬壓窄。常用的雙折射濾波片，光線以布儒斯特角（θB）入射，在 ( )e o o e n n n n n（nm）的近似條件下設(shè)計(jì)了雙折射濾波器[55]。如圖 2.4 所示是單播與光軸之間的幾何關(guān)系，用數(shù)學(xué)公式表示如下sin cot tan coscoscosA tan2o eBn n 折射光線與光軸之間的夾角；θ 為入射角；A 為光軸與晶體之間的夾角；φ 為晶體折射光線與光軸組成的平面與入射光 o 光和 e 光的相位差。

圖 2.5 輸出、輸入偏振光的合成和分解 方向產(chǎn)生的相位差 δ 為22 ( )sinsino eB d n n 光的振幅為2 22 2 2 22 coso e o eE E E E E 為0I ，那么透射光的光強(qiáng) I 為 2 2 4 4 2 202 2 2 2 22 2sin cos 2sin cos cos1 2sin cos 2sin cos 1 2sin21 sin 2 sin2 E E射率 T 為2 201 sin 2 sin2ITI

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2787152