本文關鍵詞：單縱模脈沖式1178nm激光器與新型雙波長激光器研究　出處：《山東大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：本論文的研究內容包括兩部分,一部分是單縱模1178 nm脈沖激光器的研究；另一部分是雙波長固體激光器的研究。1178 nm激光器的研究價值和應用價值,主要體現(xiàn)在其可以通過非線性倍頻產生589 nm的鈉黃光。鈉黃光激光器廣泛的應用于醫(yī)療、信息存儲、激光雷達、大氣探測等領域,是激光研究的熱門方向之一。特別是,高功率、窄線寬的鈉黃光能夠有效激發(fā)大氣層中的鈉元素,產生共振熒光,形成“鈉導星”,是自適應光學系統(tǒng)不可或缺的組成部分,在天文學和國防軍事等領域有重要的應用。隨著激光技術的飛速發(fā)展,人們開始對激光器的波長提出更多的要求。用一臺激光器實現(xiàn)雙波長激光輸出成為當前熱門的研究方向。雙波長固體激光器具有結構緊湊、功率穩(wěn)定、泵浦方式靈活等特點,在醫(yī)療、激光測距、光譜分析、全息干涉測量、差分激光雷達、非線性頻率變換等領域有廣泛的應用。本論文以Nd:GGG晶體作為激光介質,BaWO4晶體作為拉曼介質,通過標準具壓縮線寬,研究了單縱模1178 nm拉曼激光輸出特性。采用CaWO4晶體作為拉曼介質,進行了單縱模1178 nm晶體拉曼放大器的實驗研究。研究了LiF:F2-色心激光器調諧特性,獲得了單縱模1178 nm色心激光輸出。研究了電光調Q Nd:Glass雙波長激光器可調諧激光輸出特性。研究了電光調Q Nd:YLF雙波長激光器1047 nm和1053 nm激光輸出特性。具體研究內容如下：1.研究了LD端面泵浦主動調Q Nd:GGG/BaWO4單縱模1178 nm拉曼激光器輸出特性。光纖耦合LD作為泵浦源,工作在準連續(xù)模式下,產生重復頻率為50 Hz,脈沖寬度為2 ms的宏脈沖。采用四鏡耦合腔,基頻光和拉曼光分別振蕩。在拉曼光諧振腔內插入1.8 mm和15 mm的標準具,獲得了單縱模的1178 nm拉曼激光輸出。當平均泵浦功率為2.14 W,聲光調Q重復頻率為20 kHz時,單縱模1178 nm拉曼光的平均功率為30 mW,脈沖寬度為6.2 ns,線寬小于130 MHz。2.研究了CaWO4晶體拉曼放大器對單縱模1178 nm激光的拉曼放大特性。泵浦源為單縱模1064 nm激光器,重頻1Hz,最大單脈沖能量800 mJ,脈寬7 ns；種子光為單縱模1178.318 nm連續(xù)光,功率為2 W。采用總共12塊CaWO4晶體,進行了三級拉曼放大。一級泵浦光單脈沖能量為20.5 mJ時,獲得了一級拉曼放大光單脈沖能量為43.7 μJ,脈寬為3.3 ns；二級泵浦光單脈沖能量為80 mJ時,獲得了二級拉曼放大光能量為2.02 mJ,脈寬為3.2 ns；三級泵浦光能量為212 mJ時,獲得了最大單脈沖能量為26.7 mJ,脈寬為2.9 ns。三級拉曼放大的總的功率放大倍率為4.6×106。用F-P干涉儀測量其線寬小于500 MHz。用KTP作為倍頻晶體,得到單縱模的589 nm激光輸出,線寬為1.3 GHz。3.研究了LD側面泵浦Nd:YAG聲光調Q 1064 nm激光器泵浦的Littrow光柵調諧LiF：F2-色心激光器。1064 nm激光器為宏-微脈沖模式,宏脈沖重復頻率為300 Hz,脈寬為300μs；微脈沖重復頻率為50 kHz,脈寬為45 ns；平均功率為2.5W。選用光柵作為LiF:F2色心激光器的調諧元件,利用Littrow結構,實現(xiàn)了LiF:F2色心激光的波長調諧特性。Littrow結構下,色心激光調諧范圍是1085 nm-1275 nm,光譜線寬為0.2 nm左右；波長為1155.5 nm時,得到最高平均功率為277 mW。4.研究了LD側面泵浦Nd:YAG聲光調Q 1064 nm激光器泵浦的Littman光柵調諧LiF：F2-色心激光器。用上述同樣的1064 nm激光器作為泵浦源,利用Littman光柵作為調諧元件,實現(xiàn)了LiF:F2"色心激光的波長調諧特性。Littman結構下,色心激光調諧范圍是1105 nm-1215 nm,光譜線寬為0.04 nm左右；波長為1155.5 nm時,得到最高平均功率為135 mW。5.研究了LD端面泵浦Nd:YVO4聲光調Q 1064 nm激光器泵浦的單縱模1178 nmLiF:F2'色心激光器的輸出特性。1064 nm激光器為宏-微脈沖模式,宏脈沖重復頻率為33.3 Hz,脈寬為3 ms；微脈沖重復頻率為30 kHz,脈寬為50 ns；平均功率為0.8 W；基橫模輸出。LiF:F2色心激光器采用光柵Littman結構調諧,波長調諧范圍為1110 nm-1215 nm;光譜線寬小于0.05 nm；調節(jié)Littman光柵結構,將輸出波長調節(jié)到1178.3 nm,此時平均功率為8.8 mW；在腔內加入F-P標準具(厚度15 mm,R1178nm=50%),和1：2.2的擴束鏡,得到了穩(wěn)定的單縱模1178 nm激光輸出,用F-P干涉儀觀察干涉條紋,確定為單縱模,測量其線寬小于1.5 GHz。6.研究了氙燈泵浦Nd:Glass電光調Q雙波長可調諧激光器的輸出特性。采用一塊釹玻璃作為激光增益介質,腔內置偏振器將隨機偏振光分為水平偏振和豎直偏振兩路,分別用光柵Littman結構作為調諧和輸出元件,實現(xiàn)了雙激光波長可調諧輸出。在豎直偏振光的諧振腔插入半波片來平衡兩路光的能量并實現(xiàn)脈沖時間同步輸出。調Q模式下,兩路光單獨運轉時,水平偏振光調諧范圍為1050.1 nm-1061.6 nm,豎直偏振光調諧范圍是1050.5 nm-1060.2 nm.同時運轉時,當水平偏振光波長為1059.1 nm,豎直偏振光的調諧范圍為1051.5 nm-1057.5 nm,7.研究了氙燈泵浦Nd:YLF電光調Q雙波長激光器的輸出特性。兩塊a切Nd:YLF晶體分別產生偏振方向互相垂直的1047 nm和1053 nm激光,通過腔內偏振片和束,共用一片輸出鏡獲得共線輸出。在腔內分別插入窄帶濾波器,實現(xiàn)了電光調Q脈沖輸出。在時間同步的情況下,1047 nm和1053 nm的最高單脈沖能量分別為66.2 mJ和83.9 mJ,同步輸出脈沖寬度為18 ns。本研究論文主要的創(chuàng)新點如下：1.首次實現(xiàn)了單縱模晶體拉曼激光器的穩(wěn)定運轉。采用LD端面泵浦聲光調QNd:GGG/BaWO4耦合腔拉曼激光器,組合標準具壓縮線寬,獲得單縱模1178 nm拉曼激光輸出,線寬小于130 MHz,占空比1：10情況下,單縱模1178 nm拉曼光平均功率為30 mW,重復頻率為20 kHz,脈沖寬度為6.2 ns。2. 首次實現(xiàn)了單縱模1178 nm晶體拉曼放大器。采用CaWO4晶體作為拉曼介質,設計了三級晶體拉曼放大系統(tǒng),獲得了最大單脈沖能量為26.7 mJ的單縱模1178 nm拉曼放大激光輸出,脈沖寬度為2.9 ns,總功率放大倍率為4.6×106倍；線寬小于500 MHz。3.研究了LD側泵聲光調QNd:YAG 1064 nm激光器泵浦LiF:F2色心激光器的激光特性,獲得了50 kHz高重頻可調諧LiF：F2-色心激光輸出。Littrow光柵調諧波長范圍為1085 nm-1275 nm,光譜線寬為0.2 nm左右；Littman光柵調諧波長范圍為1105nm-1215 nm,光譜線寬為0.04 nm左右。4.首次研究了LD端泵Nd:YVO4聲光調Q 1064 nm激光器泵浦LiF:F2-色心激光器單縱模1178 nm激光輸出特性。采用光柵Littman結構調諧,腔內加入F-P標準具和擴束鏡壓縮線寬,獲得了穩(wěn)定的單縱模1178 nm激光輸出,線寬小于1.5 GHz。5.首次研究了氙燈泵浦電光調QNd:Glass激光器雙波長可調諧輸出特性。使用一塊釹玻璃作激光介質,偏振器分束,雙光柵調諧輸出,獲得了兩路偏振光的波長可調諧輸出,水平和豎直偏振光的波長調諧范圍分別為1050.1 nm-1061.6 nm和1050.5 nm-1060.2 nm。當水平偏振光波長為1059.1 nm,豎直偏振光的調諧范圍為1051.5 nm-1057.5 nm。6.首次研究了氙燈泵浦電光調Q雙Nd:YLF雙波長激光輸出特性。兩塊Nd:YLF晶體分別產生正交偏振的1047 nm和1053 nm的激光,通過腔內偏振片和束,共線輸出,腔內插入窄帶濾波片實現(xiàn)雙波長電光調Q,獲得單脈沖能量分別為66.2 mJ和83.9mJ,脈寬為18 ns。
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN248
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本文編號：1324172