全固態(tài)調(diào)Q、調(diào)Q鎖模激光泵浦的光參量振蕩及拉曼散射特性研究.pdf

1、自從1961年Franken等人利用石英晶體(SiO2)實(shí)現(xiàn)倍頻，成功將紅寶石激光擴(kuò)展到紫外波段，第一次實(shí)現(xiàn)了真正意義的頻率變換以來(lái)，非線性頻率變換就是激光科學(xué)范圍內(nèi)最吸引人的課題之一。目前，使用非線性光學(xué)晶體來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率變換的技術(shù)是獲得新的相干光源最有效、最可靠也是最普遍的方法。非線性晶體的二階非線性效應(yīng)（即三波相互作用過(guò)程）和三階非線性效應(yīng)（即四波相互作用過(guò)程）都得到了深入而又廣泛的研究。在上述頻率變換技術(shù)中，頻率下轉(zhuǎn)換技術(shù)，如差頻、

2、光參量過(guò)程和受激拉曼散射，是最有潛力獲取中紅外相干光源的手段。
　　本論文基于單塊KTP晶體分別使用調(diào)Q、雙調(diào)Q和調(diào)Q雙波長(zhǎng)激光器作為泵浦源實(shí)現(xiàn)了光參量振蕩和受激拉曼散射兩個(gè)過(guò)程，并建立一套耦合速率方程，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了理論模擬和分析，結(jié)果表明兩者吻合得很好;使用克爾透鏡鎖模和雙損耗調(diào)制調(diào)Q鎖模激光器作為泵浦，首次實(shí)現(xiàn)了內(nèi)腔式鎖模激光泵浦的光參量振蕩器，輸出的脈寬在次納秒(Sub-nanosecond)量級(jí)，并結(jié)合速率方程理論，建

3、立理論模型，數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合;首次使用KTP作為拉曼增益介質(zhì)，使用1050 nm Yb∶YAG激光作為泵浦，成功獲得了高階Stokes光輸出，脈沖寬度約為764 ps，估算了KTP的有效增益系數(shù);首次實(shí)現(xiàn)了W級(jí)σ偏振Nd，MgO∶LiNbO31094 nm激光輸出，同時(shí)作為泵浦源，獲得了KTP OPO1630 nm信號(hào)光。本論文的主要研究?jī)?nèi)容總結(jié)如下:
　　(1)首次實(shí)現(xiàn)了單層石墨烯調(diào)Q Nd，MgO∶LiTaO3108

4、2 nm和1092nm雙波長(zhǎng)激光運(yùn)轉(zhuǎn)，獲得了176 ns的最小脈寬和2.75μJ的最大單脈沖能量。（第二章第一節(jié)）
　　(2)首次實(shí)現(xiàn)了雙波長(zhǎng)調(diào)Q鎖模Nd∶GGG激光輸出，調(diào)制深度近乎100％，脈寬估計(jì)為908 ps。（第二章第二節(jié)）
　　(3)以KTP晶體作為多功能非線性晶體，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高階Stokes和OPO信號(hào)光的振蕩輸出。在LD泵浦達(dá)到10.5 W時(shí)，信號(hào)波的最大輸出功率高達(dá)302mW，最小脈寬僅1.61 ns，同時(shí)

5、二階和三階Stokes光的最大功率為115mW，最小脈寬為2.88 ns，波長(zhǎng)分別為1124.9和1160.7 nm。相應(yīng)的光光轉(zhuǎn)化效率為2.88％和1.1％。光束質(zhì)量因子M2在1.2左右。（第三章第一節(jié)）
　　(4)為進(jìn)一步壓縮信號(hào)光脈寬，采用雙損耗技術(shù)，即同時(shí)使用兩種飽和吸收體，同時(shí)獲得了OPO和SRS過(guò)程，而且信號(hào)波輸出的最高功率為208 mW，脈沖寬度被壓縮到了580 ps，峰值功率提高到43.7 kW。當(dāng)調(diào)整KTP傾斜角

6、度時(shí)，首次觀察到波數(shù)為154 cm-1的頻移。（第三章第一節(jié)）
　　(5)用Cr4+∶YAG調(diào)Q的Nd∶LGGG激光作為泵浦源，實(shí)現(xiàn)了雙波長(zhǎng)泵浦的多種非線性效應(yīng)，即同時(shí)存在的SRS和OPO過(guò)程，信號(hào)光最大功率為448 mW，脈沖寬度為850 ps，信號(hào)光的峰值功率高達(dá)30.6 kW，單脈沖能量為26μJ，并從雙波長(zhǎng)速率方程出發(fā)對(duì)此過(guò)程進(jìn)行了理論研究。（第三章第二節(jié)）
　　(6)首次用LD泵浦c切Nd，MgO∶LiNbO3晶體

7、，獲得了1.47 W的連續(xù)激光輸出，這是首次突破W級(jí)輸出，較之前的報(bào)道至少提高了20倍。用KTP晶體實(shí)現(xiàn)了OPO1.63μm信號(hào)光運(yùn)轉(zhuǎn)，其脈沖寬度為1.69 ns，峰值功率為11.4kW，較以前的報(bào)道提高了3倍。（第三章第三節(jié)）
　　(7)首次實(shí)現(xiàn)了Yb∶YAG1050 nm激光泵浦KTP實(shí)現(xiàn)高階拉曼光輸出，三階Stokes光的脈寬約為764 ps。反Stokes光的脈寬為1.54ns，峰值功率為3.5kW。光束質(zhì)量在兩個(gè)方向上分

8、別為1.64和1.48，表明Stokes、基頻光和反Stokes光有很好的共線。KTP有效拉曼增益系數(shù)估計(jì)為2.1 cm/GW。（第三章第四節(jié)）
　　(8)首次研究了KLM激光泵浦的內(nèi)腔OPO，用AOM選取鎖模脈沖提高峰值功率，分別用Nd∶GGG和鍵合Nd∶YVO4激光泵浦KTP，成功完成了高峰值功率、高能量的亞納秒1.57μm信號(hào)波輸出:其中KLM Nd∶GGG/KTP OPO信號(hào)光的最高峰值功率為102 kW，KLM Nd∶Y

9、VO4/KTP OPO信號(hào)波的最小脈寬約為120 ps，同時(shí)結(jié)合速率方程模擬了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。（第四章第一、二節(jié)）
　　(9)采用AO和Cr4+∶YAG主被動(dòng)雙損耗QML激光作為腔內(nèi)OPO的泵浦光，并采用V型腔結(jié)構(gòu)，在8.25 W的二極管泵浦情況下，AO的調(diào)制周期固定為1 ms（即重復(fù)率為1kHz）時(shí)得到了信號(hào)光最高輸出能量為96μJ、包絡(luò)寬度為2.5ns。當(dāng)聲光開(kāi)關(guān)頻率在5kHz時(shí)信號(hào)波輸出的功率達(dá)到最大，高達(dá)156 mW，也是目前Q

10、ML激光泵浦內(nèi)腔式OPO信號(hào)光的最高輸出功率。同時(shí)，信號(hào)光的光束質(zhì)量因子M2經(jīng)測(cè)小于1.5。（第五章第一節(jié)）
　　(10)采用AO和Cr4+∶YAG主被動(dòng)雙損耗技術(shù)，首次獲得了單鎖模脈沖KTP OPO，當(dāng)二極管泵浦為10.5 W、聲光開(kāi)關(guān)頻率為2 kHz時(shí)，信號(hào)波的最小脈寬為450 ps，峰值功率高達(dá)35.5 kW，并研究了信號(hào)光輸出波長(zhǎng)與溫度之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)其信號(hào)光波長(zhǎng)隨溫度的升高有0.027 nm/℃的藍(lán)移率。同時(shí)建立一套基于

11、QML鎖模泵浦IOPO的速率方程，通過(guò)數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，脈沖波形和輸出能量基本和實(shí)驗(yàn)值一致。（第五章第二節(jié)）
　　本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)首次利用單塊KTP晶體實(shí)現(xiàn)了高階Stokes光和光參量振蕩兩種非線性過(guò)程，光束質(zhì)量因子M2在1.2左右。
　　(2)首次實(shí)現(xiàn)了雙調(diào)Q激光器泵浦的受激拉曼散射和光參量振蕩過(guò)程，其中，信號(hào)光輸出脈沖寬度首次壓縮為580 ps。
　　(3)第一次實(shí)現(xiàn)了雙波長(zhǎng)激光器泵浦的多種非

12、線性頻率下轉(zhuǎn)換過(guò)程，并建立了一套耦合速率方程，理論結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合。
　　(4)首次實(shí)現(xiàn)了KLM激光器泵浦的內(nèi)腔式OPO運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了高峰值功率信號(hào)光輸出。
　　(5)第一次實(shí)現(xiàn)了主被動(dòng)雙損耗調(diào)制QML激光泵浦的內(nèi)腔式OPO，獲得了亞納秒信號(hào)光的穩(wěn)定輸出。
　　(6)首次成功獲得了單鎖模脈沖激光泵浦OPO，信號(hào)光脈寬約為450 ps，結(jié)合調(diào)Q鎖模激光的波動(dòng)機(jī)制，建立相應(yīng)的模型。
　　(7)實(shí)現(xiàn)了1150 nm