【摘要】： 隨著激光技術(shù)的飛快發(fā)展,全固態(tài)藍(lán)光激光器在高密度光學(xué)數(shù)據(jù)存儲、彩色激光顯示、水下通信和探測、激光醫(yī)學(xué)、激光微加工、激光制冷、材料分析、環(huán)境檢測、高分辨率激光印刷及廣告娛樂等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,因此目前已成為人們的研究熱點。對于全固態(tài)連續(xù)單頻激光器來說,由于其具有可以長期穩(wěn)定運轉(zhuǎn)、輸出線寬窄、頻率可調(diào)、相干長度長、噪聲低等特點,廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究領(lǐng)域、儀器領(lǐng)域、光通信領(lǐng)域、超遠(yuǎn)距離、超高精度和超高敏感度探測領(lǐng)域、光學(xué)全息、干涉、光存儲領(lǐng)域、絕對頻率穩(wěn)定及絕對頻標(biāo)等領(lǐng)域中,因此,全固態(tài)連續(xù)單頻藍(lán)光激光器在高精度激光測量、高密度光學(xué)全息數(shù)據(jù)存儲、生物技術(shù)、紫外頻標(biāo)及科學(xué)研究等方面有著優(yōu)越的用途,也是人們目前研究的熱點。 根據(jù)我們實驗室的研究特色,并在已有研究成果的基礎(chǔ)上,我們開展了大功率全固態(tài)連續(xù)單頻藍(lán)光激光器的研究�；驹O(shè)計方案為,以Nd:YAG為激光晶體首先得到連續(xù)單頻的946nm基頻光,然后通過內(nèi)腔倍頻技術(shù)得到473 nm的連續(xù)單頻藍(lán)光。具體研究內(nèi)容如下： 1.在理論上通過把能量傳輸上轉(zhuǎn)換效應(yīng)引入準(zhǔn)三能級系統(tǒng)的速率方程,對Nd：YAG激光晶體中946 nm躍遷的準(zhǔn)三能級系統(tǒng)性質(zhì)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。關(guān)于準(zhǔn)三能級系統(tǒng)的性質(zhì),包括自吸收損耗嚴(yán)重,受激輻射截面小及能量傳輸上轉(zhuǎn)換效應(yīng)相對明顯等,通過從理論上對自吸收損耗表達(dá)式進(jìn)行推導(dǎo),表明自吸收損耗與激光晶體溫度和長度,及激光晶體中泵浦光斑大小成正比。對包括能量傳輸上轉(zhuǎn)換效應(yīng)的速率方程進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)：一方面,能量傳輸上轉(zhuǎn)換效應(yīng)的出現(xiàn)使激光器的性能大大改變,包括閾值泵浦功率升高及輸出功率下降等；另一方面,能量傳輸上轉(zhuǎn)換效應(yīng)(或者參與能量傳輸上轉(zhuǎn)換過程的粒子數(shù))是一個和激光轉(zhuǎn)換效率有關(guān),即和激光晶體溫度、輸出耦合透射率及倍頻效率等成正比的物理量。 2.對激光晶體的熱效應(yīng)進(jìn)行了詳細(xì)分析,包括激光晶體的熱透鏡效應(yīng)、熱致衍射損耗效應(yīng)及熱退偏效應(yīng),并把能量傳輸上轉(zhuǎn)換效應(yīng)引入分析,結(jié)果表明能量傳輸上轉(zhuǎn)換效應(yīng)的出現(xiàn)將會給激光晶體帶來更嚴(yán)重的熱效應(yīng),并且能量傳輸上轉(zhuǎn)換效應(yīng)感應(yīng)的熱沉積百分比隨激光轉(zhuǎn)化效率的變化而變化,即總的熱沉積百分比不再是一個常量,而是一個隨激光轉(zhuǎn)換效率,包括激光晶體溫度、輸出耦合透射率及倍頻效率等變化的量,因此,熱透鏡效應(yīng)、熱致衍射損耗效應(yīng)及熱退偏效應(yīng)也是與激光轉(zhuǎn)換效率有關(guān)的物理量。 3.以理論分析為基礎(chǔ),并在實驗上通過對激光晶體熱焦距的測量,設(shè)計了一個四鏡環(huán)形腔,考慮到Nd:YAG晶體各項同性的性質(zhì),在腔內(nèi)插入布儒斯特片用來起偏,同時在腔內(nèi)插入半波片和TGG晶體組成的光學(xué)單向器,迫使振蕩激光單向運轉(zhuǎn),從而實現(xiàn)單頻輸出�？紤]到Nd:YAG激光晶體自吸收損耗與激光晶體溫度和長度,及激光晶體中泵浦光斑大小的關(guān)系,我們降低了激光晶體溫度、優(yōu)化了激光晶體長度、并采用了芯徑為400μm的光纖耦合半導(dǎo)體激光器為泵浦源�？紤]到能量傳輸上轉(zhuǎn)換效應(yīng)及其感應(yīng)的熱效應(yīng)和激光轉(zhuǎn)換效率的關(guān)系,我們通過優(yōu)化激光諧振腔腔長和輸出耦合透射率,最終得到了1.5W的連續(xù)單頻946nm激光輸出。 4.在已得到的連續(xù)單頻946nm激光器的基礎(chǔ)上,將PPKTP倍頻晶體插入諧振腔中,通過內(nèi)腔倍頻技術(shù)得到了473nm的連續(xù)單頻藍(lán)光輸出。為了提高倍頻效率,并考慮到能量傳輸上轉(zhuǎn)換效應(yīng)感應(yīng)的熱透鏡效應(yīng)和倍頻效率的關(guān)系,我們優(yōu)化了激光諧振腔腔長、PPKTP倍頻晶體溫度及長度,最終得到了1.01W的連續(xù)單頻473 nm藍(lán)光輸出。 5.實驗中,由于激光晶體的熱致雙折射效應(yīng)導(dǎo)致了熱退偏損耗,使得一部分基頻光從布儒斯特片反射出來,而且泵浦功率越大反射的越多,這對激光轉(zhuǎn)化效率的提高顯然是不利的,但我們也能對反射出來的946nm激光進(jìn)行利用,并和輸出鏡輸出的473 nm藍(lán)不一·起來得到雙波長激光器,以此為基礎(chǔ)我們得到了連續(xù)單頻946nm輸出功率為450 mW,同時連續(xù)單頻473nm藍(lán)光輸出功率為1.0l W的雙波長激光器。 其中,創(chuàng)新性工作包括： 1.建立了能量傳輸上轉(zhuǎn)換效應(yīng)(或者參與能量傳輸上轉(zhuǎn)換過程的粒子數(shù))是和激光轉(zhuǎn)化效率,包括激光晶體溫度、輸出耦合透射率及倍頻效率等相關(guān)的理論模型,這就說明了能量傳輸上轉(zhuǎn)換效應(yīng)感應(yīng)的熱效應(yīng),包括激光晶體的熱透鏡效應(yīng)、熱致衍射損耗效應(yīng)及熱退偏效應(yīng)也是和激光轉(zhuǎn)化效率有關(guān)的物理量。以此理論模型為基礎(chǔ),理論計算和實驗結(jié)果符合的很好。 2.得到了輸出功率為1.5W的連續(xù)單頻946 nm紅外激光器,輸出功率長期穩(wěn)定性優(yōu)于±1%,利用電子伺服系統(tǒng)將激光的頻率鎖定在共焦法-珀(F-P)腔的共振透射峰上,946 nm激光的頻率穩(wěn)定性優(yōu)于±1.5 MHz/min。 3.得到了輸出功率為1.01w的連續(xù)單頻473nm藍(lán)光激光器,輸出功率長期穩(wěn)定性優(yōu)于±1.8%,利用電子伺服系統(tǒng)將激光的頻率鎖定在共焦法-珀(F-P)腔的共振透射峰L473 nm藍(lán)光激光的頻率穩(wěn)定性優(yōu)于±4 MHz/min。 4.考慮到激光晶體熱退偏效應(yīng)的影響并對布儒斯特片反射的946nm激光加以利用,提出了在得到倍頻光輸出的同時再利用布儒斯特片反射的基頻光來得到雙波長激光器的方法,最終從實驗上得到了連續(xù)單頻946nm激光輸出功率為450mW,同時連續(xù)單頻473nm藍(lán)光輸出功率為1.01W的雙波長激光器。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：山西大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TN248

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 李鳳琴;全固態(tài)可調(diào)諧單頻461nm鈦寶石激光器的研究[D];山西大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 王志勇;880nmLD泵浦高功率連續(xù)單頻Nd：YVO_4激光器的研究[D];山西大學(xué);2011年

2 宋海偉;LD泵浦Er,Yb：YAB激光器的熱效應(yīng)研究[D];山西大學(xué);2012年

，

本文編號：2397777