本文關(guān)鍵詞：人眼安全激光器及超連續(xù)譜研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：波長在1.4-2.1 μm波段的激光該具有較高的水吸收系數(shù),當(dāng)該波段激光輻射人眼時,對人眼的損傷閾值較高,因而該波段激光具有人眼安全特性。人眼安全波段激光在激光雷達、激光測距、激光醫(yī)學(xué)、光通訊和泵浦源等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用。直接泵浦不同離子摻雜的激光介質(zhì)而獲得人眼安全激光器是目前為止最為簡潔的方法,如泵浦摻Er激光增益介質(zhì)可以獲得1.5-1.6 μm波段的人眼安全激光輸出,同樣1.9-2.1 μm人眼安全激光可以通過泵浦摻Ho和Tm的激光增益介質(zhì)得到。另外泵浦摻Nd激光增益介質(zhì)可以得到1.4μm波段人眼安全激光器,前兩者目前已經(jīng)得到廣泛的研究,但是由于受激發(fā)射截面小及離子效率較差等原因,泵浦摻Nd激光增益介質(zhì)而獲得1.4 μm波段人眼安全激光僅有少量的報道。由于固體激光器依靠晶體摻雜離子的能級躍遷而產(chǎn)生受激輻射,輸出激光波長受能級躍遷的限制,因此為滿足人們對新頻率激光的不斷需求,非線性頻率變換技術(shù)成了獲得新波段激光的有效手段。受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering, SRS)是一種在現(xiàn)有頻率基礎(chǔ)上拓展新頻率成分激光的的重要方法。新激光的頻率取決于泵浦光的頻率和由拉曼介質(zhì)決定的拉曼頻移,因此通過合理的組合泵浦光波長和拉曼介質(zhì)頻移,可獲得從紫外到近紅外的拉曼散射。同時,固體拉曼激光具有體積小、效率高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。而受到廣泛的關(guān)注。有時為了滿足很多領(lǐng)域?qū)μ囟す獠ǘ蔚囊?單一的非線性效應(yīng)很難滿足要求,此時多種非線性效應(yīng)共同作用而產(chǎn)生新的頻率成分成為一種選擇。超連續(xù)光譜是多種非線性效應(yīng)如自相位調(diào)制(Self phase modulation, SPM)、交叉相位調(diào)制(Cross phase modulation, XPM)、四波混頻(Four wave mixing, FWM)和受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering,SRS)等共同作用下而產(chǎn)生包含多種頻率成分的激光。其具有光譜覆蓋范圍廣,輸出功率高、空間相干性強等特性。是目前為止獲取新頻率激光最為有效的手段之一。本論文中,我們主要研究了三個方面的內(nèi)容：一是LD泵浦不同基質(zhì)的摻Nd激光增益介質(zhì),獲得1.4 μm人眼安全激光研究；二是以1.4 μm人眼安全激光為基頻光,使用不同的拉曼介質(zhì),獲得新波段的人眼安全拉曼激光輸出；三是利用皮秒激光泵浦不同種類的光子晶體光纖產(chǎn)生超連續(xù)譜的研究。具體的研究內(nèi)容如下：1.研究了端面泵浦Nd:YAG陶瓷1442.8 nm人眼安全激光輸出特性。泵浦功率為20.3 W時,最大輸出功率為3.96 W,對應(yīng)的光光轉(zhuǎn)換效率為19.1%。2.研究了端面泵浦Nd:GGG 1423.4 nm人眼安全激光輸出特性。最大輸出功率達到3.63 W,光光轉(zhuǎn)換效率和斜效率分別是19.6%和26%。3. 以Nd:KLu(WO4)2做為激光增益介質(zhì),首次實現(xiàn)了1425 nm人眼安全的激光輸出,最大輸出功率達到1.57 W,此時泵浦功率為9.6 W,對應(yīng)的光光轉(zhuǎn)換效率為16.4%。4.研究了不同調(diào)Q開關(guān)條件下,Nd:YAG陶瓷1.4 μm被動調(diào)Q激光器的輸出特性。利用V3+:YAG作被動調(diào)Q開關(guān),實現(xiàn)了平均功率高達1.53 W的1.4 μm激光輸出,這是目前為止最大1.4 μm調(diào)Q激光輸出功率；利用Co:LMA做被動調(diào)Q開關(guān),輸出激光的單脈沖能量為53μJ；用石墨烯做可飽和吸收體時,實現(xiàn)了脈沖寬度為610 ns的激光輸出。5.研究了以BaWO4做拉曼介質(zhì),內(nèi)腔式1.6 μm人眼安全拉曼激光器的激光輸出特性。泵浦功率為20.3 W、脈沖重復(fù)率為5 kHz時,獲得1666 nm人眼安全拉曼激光的最大平均輸出功率為1.21 W,對應(yīng)的從808 nm泵浦光到1666nm拉曼光的光光轉(zhuǎn)換效率為6%。其中1.21 W是目前為止主動調(diào)Q內(nèi)腔1.6μm人眼安全激光器的最大輸出功率。6.研究了以YVO4做拉曼介質(zhì),內(nèi)腔式1.6 gm人眼安全拉曼激光器的激光輸出特性。泵浦功率為19.6 W、脈沖重復(fù)率為20 kHz時,獲得1656.4 nm人眼安全拉曼激光的最大平均輸出功率為651 mW,對應(yīng)的光光轉(zhuǎn)換效率為3.3%。7.研究了以SrWO4做拉曼介質(zhì)時,1664 nm拉曼激光器的輸出特性。當(dāng)泵浦功率為27.7 W、脈沖重復(fù)頻率為25 kHz時,獲得的最大平均功率為1.16 W,對應(yīng)的光光轉(zhuǎn)換效率為4.2%。最大單脈沖能量和峰值功率分別是46.6μJ和9.3 kW。其中9.3 kW的峰值功率是主動調(diào)Q內(nèi)腔1.6 μm人眼安全激光器的最大峰值功率。8.研究了1501 nm和1526 nm雙波長人眼安全激光器的輸出特性。以SrW04做拉曼介質(zhì),在泵浦功率33.3 W、脈沖重復(fù)頻率為30 kHz時,得到了3.36 W的拉曼激光輸出,光光轉(zhuǎn)換效率達到10%,其中3.36 W是1.5微米人眼安全激光器的最大輸出功率。9.開展了皮秒脈沖激光器泵浦單零色散點光子晶體光纖產(chǎn)生超連續(xù)譜的研究。在泵浦功率為12 W時,獲得了2.8 W的超連續(xù)譜輸出,光譜帶寬為1250 nm(750-2000 nm),超連續(xù)譜的光譜功率密度為2.24mW/nm。10.開展了皮秒脈沖激光器泵浦雙零色散點光子晶體光纖產(chǎn)生超連續(xù)譜的研究。在泵浦功率為10 W時,輸出超連續(xù)譜功率為1.09 W,對應(yīng)的光光轉(zhuǎn)換效率為10.9%。光譜覆蓋范圍為750-1600 nm,長波范圍(1350-1550 nm)的平坦度為12 dB。11.開展了皮秒脈沖激光器泵浦級聯(lián)光子晶體光纖產(chǎn)生超連續(xù)光譜研究。光譜覆蓋范圍為900-1700 nm(帶寬800 nm),長波長方向在1070-1600 nm光譜平坦度為3 dB。光譜平坦度6 dB的光譜覆蓋范圍是(960-1650 nm,帶寬690 nm)。這是目前為止最平坦的超連續(xù)譜輸出。本論文的主要創(chuàng)新點如下：1.首次利用Nd:YAG陶瓷介質(zhì)實現(xiàn)了1442.8 nm人眼安全激光輸出,最大輸出功率為3.96 W,對應(yīng)的光光轉(zhuǎn)換效率為19.1%。2.首次利用Nd:GGG晶體實現(xiàn)了1423.4 nm人眼安全激光輸出,最大輸出功率為3.63 W,對應(yīng)的光光轉(zhuǎn)換效率為19.6%,這是目前為止1.4微米人眼安全激光器的最大轉(zhuǎn)換效率。3.首次在Nd:KLu(WO4)2中獲得了1425 nm人眼安全激光輸出。最大輸出功率達到1.57 W,此時泵浦功率為9.6 W,對應(yīng)的光光轉(zhuǎn)換效率為16.4%。4.首次用石墨烯做飽和吸收體,研究了石墨烯調(diào)Q的1.4微米人眼安全激光器的輸出特性,獲得脈沖寬度為610 ns的激光脈沖。5.首次實現(xiàn)了內(nèi)腔泵浦的BaWO4人眼安全1666 nm拉曼激光運轉(zhuǎn)。最大平均輸出功率為1.21 W,對應(yīng)的光光轉(zhuǎn)換效率為6%。其中1.21 W是目前為止主動調(diào)Q內(nèi)腔1.6 gm人眼安全激光器的最大輸出功率,6%是最大的光光轉(zhuǎn)換效率。6.首次實現(xiàn)了內(nèi)腔泵浦的YV04人眼安全1657 nm拉曼激光運轉(zhuǎn),泵浦功率為19.6 W、脈沖重復(fù)率為20 kHz時,獲得1656.4 nm人眼安全拉曼激光的最大平均輸出功率為651 mW,對應(yīng)的光光轉(zhuǎn)換效率為3.3%。7.首次實現(xiàn)了內(nèi)腔泵浦的SrWO4人眼安全1664 nm拉曼激光運轉(zhuǎn),獲得最大單脈沖能量和峰值功率分別是46.6μJ和9.3 kW。其中9.3 kW的峰值功率是主動調(diào)Q內(nèi)腔1.6 μm人眼安全激光器的最大峰值功率。8. 首次將光子晶體光纖級聯(lián)技術(shù)用于獲得超平坦超連續(xù)譜研究。泵浦功率為10W時,獲得了光譜平坦度為3 dB、光譜范圍為1070-1600 nm的超連續(xù)譜。這是目前為止最平坦的超連續(xù)譜。
【關(guān)鍵詞】：人眼安全 全固態(tài)拉曼激光器 全固態(tài)激光器 BaWO_4晶體 SrWO_4晶體 YVO_4晶體 Nd:YAG陶瓷 Nd:GGG晶體 Nd:KLu(WO_4)_2晶體連續(xù)譜 光子晶體光纖 級聯(lián)光纖
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN248
【目錄】：

• 中文摘要10-14
• ABSTRACT14-19
• 第一章 緒言19-56
• §1.1 人眼安全激光器20-25
• §1.1.1 摻Nd~(3+)人眼安全激光器22-23
• §1.1.2 摻Er,Ho,Tm人眼安全激光器23-24
• §1.1.3 拉曼人眼安全激光器24-25
• §1.1.4 人眼安全光學(xué)參量振蕩器25
• §1.2 超連續(xù)激光25-35
• §1.2.1 固體介質(zhì)中超連續(xù)譜研究27-28
• §1.2.2 氟化物光纖中超連續(xù)譜研究28-30
• §1.2.3 光子晶體光纖中超連續(xù)譜研究30-35
• §1.3 本文研究內(nèi)容35-38
• §1.4 本章參考文獻38-56
• 第二章 1.4μm人眼安全激光器56-89
• §2.1 端面泵浦的連續(xù)Nd：YAG陶瓷人眼安全激光器57-62
• §2.1.1 實驗裝置58-59
• §2.1.2 實驗結(jié)果與討論59-62
• §2.2 端面泵浦的Nd：YAG陶瓷被動調(diào)Q人眼安全激光器62-69
• §2.2.1 實驗裝置63-64
• §2.2.2 實驗結(jié)果與討論64-69
• §2.3 端面泵浦的連續(xù)Nd：GGG人眼安全激光器69-75
• §2.3.1 實驗裝置69-70
• §2.3.2 實驗結(jié)果與討論70-75
• §2.4 端面泵浦的Co：LMA被動調(diào)Q脈沖Nd：GGG激光器75-78
• §2.4.1 實驗裝置75-76
• §2.4.2 實驗結(jié)果及討論76-78
• §2.5 端面泵浦石墨烯被動調(diào)Q Nd：KLu(WO_4)_2人眼安全激光器78-83
• §2.5.1 實驗裝置79-80
• §2.5.2 實驗結(jié)果及討論80-83
• §2.6 本章小結(jié)83-84
• §2.7 本章參考文獻84-89
• 第三章 1.5-1.6 μm人眼安全拉曼激光器89-113
• §3.1 主動調(diào)Q內(nèi)腔式Nd：YAG陶瓷/BaWO_4人眼安全拉曼激光器90-95
• §3.1.1 實驗裝置91-92
• §3.1.2 實驗結(jié)果與分析92-95
• §3.2 主動調(diào)Q內(nèi)腔式Nd：YAG陶瓷/YVO_4人眼安全拉曼激光器95-98
• §3.2.1 實驗裝置95-96
• §3.2.2 實驗結(jié)果與分析96-98
• §3.3 主動調(diào)Q內(nèi)腔式Nd：YAG陶瓷/SrWO_4人眼安全拉曼激光器98-102
• §3.3.1 實驗裝置99-100
• §3.3.2 實驗結(jié)果與分析100-102
• §3.4 主動調(diào)Q內(nèi)腔式Nd：YAG陶瓷/SrWO_4人眼安全雙波長拉曼激光器102-108
• §3.4.1 實驗裝置102-103
• §3.4.2 雙波長理論分析103-104
• §3.4.3 實驗結(jié)果及分析104-108
• §3.5 本章小結(jié)108-109
• §3.6 本章參考文獻109-113
• 第四章 超連續(xù)白光光譜研究113-133
• §4.1 皮秒光纖激光器泵浦單零色散點光子晶體光纖產(chǎn)生超連續(xù)114-119
• §4.1.1 實驗裝置114-116
• §4.1.2 實驗結(jié)果與討論116-119
• §4.2 皮秒光纖激光器泵浦雙零色散點光子晶體光纖產(chǎn)生超連續(xù)119-123
• §4.2.1 實驗裝置119-120
• §4.2.2 實驗結(jié)果與討論120-123
• §4.3 皮秒光纖激光器泵浦級聯(lián)光子晶體光纖產(chǎn)生超連續(xù)123-126
• §4.3.1 實驗裝置123-124
• §4.3.2 實驗結(jié)果與討論124-126
• §4.4 本章小結(jié)126-127
• §4.5 本章參考文獻127-133
• 第五章 全文總結(jié)133-137
• §5.1 已研究的內(nèi)容133-135
• §5.2 本論文主要創(chuàng)新點135-136
• §5.3 待研究的問題136-137
• 致謝137-138
• 攻讀學(xué)位期間參加的項目及發(fā)表的論文138-141
• 附錄：兩篇英文論文141-148
• 附表148

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 陳徐宗;;光的量子相干性與光頻率的超精密測量——2005年諾貝爾物理學(xué)獎評述[J];物理;2006年03期

  本文關(guān)鍵詞：人眼安全激光器及超連續(xù)譜研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：326321