本文關(guān)鍵詞：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

  更多相關(guān)文章： 受激拉曼散射 Nd:YLF晶體 四波長(zhǎng)激光器 主動(dòng)調(diào)Q 半導(dǎo)體泵浦 Nd:YAG晶體光纖 扭擺腔 單縱模 鈉黃光

【摘要】：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)造出人造信標(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獲得589 nm激光的研究引起了越來越多的關(guān)注。隨著激光技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的深入,人們對(duì)激光輸出參數(shù)的要求也越來越高。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589nm鈉黃光的方案,一種是通過腔內(nèi)倍頻側(cè)面泵浦的Nd:GGG/BaWO4拉曼激光器的方式,另一種是通過激光放大與倍頻獲取一個(gè)單縱模、高功率的532 nm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)同步輸出激光器。兩個(gè)激光腔都通過端面泵浦的聲光調(diào)Q模式實(shí)現(xiàn),通過一個(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BaW04拉曼晶體。通過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300 μs時(shí),589 nm鈉黃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 1064 nm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。1064 nm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40ns。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500-450-500 μm,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 532 nm綠光輸出的實(shí)驗(yàn)。溫度設(shè)定到150.6℃,將39 W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28 ns,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)的光一光轉(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)激光腔都通過端面泵浦的聲光調(diào)Q模式實(shí)現(xiàn),通過一個(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)的平均功率為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.首次利用準(zhǔn)連續(xù)的扭擺腔單縱模輸出的1064nm激光器做為種子,分別經(jīng)Nd:YAG晶體光纖放大以及Nd:YAG晶體放大,實(shí)現(xiàn)了高功率,窄線寬的1064 nm輸出,最后利用溫度相位匹配,得到了平均功率20 W的準(zhǔn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的532 nm激光,可以為后續(xù)獲得589 nm鈉黃光提供基頻光源。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN248

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 陳慧挺,樓祺洪,葉震寰,何兵,周軍;固體拉曼激光器[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2005年07期

2 安玉亮;楊廣華;李玉蘭;;硅基拉曼激光器的研究與進(jìn)展[J];光機(jī)電信息;2009年06期

3 郭家錫;陸寶樂;張韌劍;向光華;白楊;任兆玉;白晉濤;;固體黃光拉曼激光器的研究進(jìn)展[J];激光與紅外;2011年07期

4 李志全;李文超;張景茹;任曉麗;曹平;王亞男;;對(duì)硅基拉曼激光器性能的實(shí)驗(yàn)分析[J];紅外與激光工程;2011年12期

5 李文超;張景茹;孫宇超;朱丹丹;李志全;;硅拉曼激光器的設(shè)計(jì)與典型應(yīng)用[J];光學(xué)精密工程;2013年02期

6 劉成有;寧丹;邢新華;;拉曼激光器中多模工作探討[J];哈爾濱師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào);1993年02期

7 張o，

本文編號(hào)：1289504