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文檔簡介
1、受激拉曼散射(SRS)是一種三階的非線性效應(yīng),是實(shí)現(xiàn)激光頻率變換一種有效方法。固體拉曼激光器是利用現(xiàn)有激光光源和晶體中的受激拉曼散射效應(yīng),產(chǎn)生新激光譜線的一種激光器。產(chǎn)生的拉曼散射光的頻率由泵浦光的波長及拉曼介質(zhì)本身決定,通過選擇不同波長的泵浦光和拉曼介質(zhì),散射光的光譜可遍及紫外到近紅外的范圍。近年來,隨著固體拉曼材料生長技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了許多優(yōu)秀的拉曼晶體。全固態(tài)拉曼激光器也成為當(dāng)前的一個(gè)研究熱點(diǎn),以其結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)
2、吸引了廣泛的關(guān)注,在信息、交通、醫(yī)療、測(cè)量和國防等領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用。
腔內(nèi)倍頻固體拉曼激光器是利用倍頻晶體將產(chǎn)生的一階拉曼散射光倍頻,產(chǎn)生波長在560~600 nm范圍的一類激光器,是固體拉曼激光器的一個(gè)重要用途。產(chǎn)生的橙黃波段的激光在生物醫(yī)學(xué)、醫(yī)療美容、食品藥品檢測(cè)、信息存儲(chǔ)、通訊、軍工、大氣遙感等方面有廣泛的應(yīng)用。由于常用的摻釹激光材料很難產(chǎn)生高效運(yùn)轉(zhuǎn)于1120nm~1200 nm的激光,因而該波段的激光很難通過直接
3、倍頻摻釹材料激光器的方法來產(chǎn)生。利用晶體的受激拉曼散射效應(yīng)將激光二極管泵浦摻Nd材料得到的1.06μm附近激光轉(zhuǎn)換為1.18μm附近激光,再進(jìn)行倍頻,可以得到該波段激光的有效輸出,這一方法已成為目前獲得該波段激光的重要手段。
隨著對(duì)激光技術(shù)的深入研究,人們?cè)谧非蟾嗉す獠ㄩL的同時(shí),人們也注重時(shí)域上的超短脈沖的研究。超短激光脈沖具有脈沖寬度窄,峰值功率高,光譜寬等優(yōu)點(diǎn),在國防、核聚變、激光測(cè)量、非線性頻率變換、醫(yī)療診斷、激光
4、切割、激光雷達(dá)等領(lǐng)域,具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。通過在腔內(nèi)插入飽和吸收體的被動(dòng)鎖模技術(shù)是目前獲得fs或ps超短脈沖的一種重要方法。
本論文以Nd:YAG作為激光介質(zhì),分別研究了SrWO4、BaWO4、GdVO4及KLu(WO4)2的拉曼特性。并采用KTP作為倍頻晶體通過腔內(nèi)倍頻拉曼激光器的方式獲得了589 nm附近黃光的高效率輸出。研究了以SESAM做飽和吸收體的Nd:CYA,Nd:LSO及Nd:LYSO的鎖模激光特性。研究了使
5、用graphene做飽和吸收體的摻Er光纖鎖模激光器的激光特性。具體的研究內(nèi)容如下:
1.研究了以Nd:YAG透明陶瓷做激光介質(zhì),SrWO4晶體做拉曼介質(zhì),KTP晶體做倍頻介質(zhì),主動(dòng)調(diào)Q的倍頻拉曼激光器在589 nm波長的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。采用三鏡耦合腔,當(dāng)泵浦功率為16.2 W,脈沖重復(fù)率為20 kHz時(shí),獲得了平均輸出功率為2.93 W的590 nm黃光,對(duì)應(yīng)的從LD到黃光的光-光轉(zhuǎn)換效率為18.1%。
2.研究
6、了LD端面泵浦的內(nèi)腔式主動(dòng)調(diào)Q Nd:YAG/BaWO4拉曼激光的激光特性,獲得了1.92 W的1180 nm激光輸出,對(duì)應(yīng)的從LD到拉曼光的光-光轉(zhuǎn)換效率為20.9%。以KTP晶體做倍頻介質(zhì),采用腔內(nèi)倍頻拉曼激光器的方式,實(shí)現(xiàn)了590 nm激光的高效運(yùn)轉(zhuǎn),獲得了平均輸出功率為2.83 W的590 nm黃光,對(duì)應(yīng)的從LD到黃光的光-光轉(zhuǎn)換效率為17.9%。采用LD側(cè)面泵浦的Nd:YAG/BaWO4/KTP倍頻拉曼激光獲得了平均輸出功率為
7、8.3 W的黃光,對(duì)應(yīng)的光-光轉(zhuǎn)換效率為6.57%。
3.研究了LD端面泵浦的Nd:YAG/GdVO4主動(dòng)調(diào)Q內(nèi)腔式拉曼激光器的激光特性。當(dāng)泵浦功率為7.44 W,脈沖重復(fù)頻率為20 kHz時(shí),獲得了平均功率為1.3 W的1174nm一階拉曼光,對(duì)應(yīng)的光-光轉(zhuǎn)換效率為17.4%。將Nd:YAG/GdVO4內(nèi)腔拉曼激光器與Nd:GdVO4自拉曼激光器進(jìn)行比較,結(jié)果表明在相同泵浦功率和脈沖重復(fù)頻率條件下Nd:YAG/GdVO4
8、內(nèi)腔式拉曼激光器可以獲得更高的最大平均輸出功率和轉(zhuǎn)換效率。
4.研究了LD端面泵浦的主動(dòng)調(diào)Q內(nèi)腔式Nd:YAG/KLu(WO4)2拉曼激光器的激光特性。使用一塊c切KLu(WO4)2晶體做拉曼介質(zhì),獲得了2.5 W的1178 nm拉曼光,對(duì)應(yīng)的光-光轉(zhuǎn)換效率為20.1%。使用一塊b切KLu(WO4)2晶體做拉曼介質(zhì)時(shí),獲得了包括1064 nm基頻光,1074 nm,1085 nm,1095 nm,1106 nm,1117
9、nm,1128 nm,1139 nm,1151 nm和1163 nm分別對(duì)應(yīng)于88 cm-1拉曼頻移的一至九階斯托克斯散射光;對(duì)應(yīng)于757 cm-1拉曼頻移的1157 nm,1169 nm和1182 nm激光以及對(duì)應(yīng)于907 cm-1拉曼頻移的1178 nm拉曼光共14個(gè)波長同時(shí)輸出。
5.研究了以Nd:CYA晶體做激光介質(zhì)的連續(xù)激光特性和被動(dòng)鎖模特性。使用SESAM做飽和吸收體,首次實(shí)現(xiàn)了Nd:CYA在1080 nm的穩(wěn)
10、定連續(xù)鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)。采用V型腔時(shí),當(dāng)吸收的泵浦功率為13 W時(shí),獲得了2.25 W的鎖模脈沖;脈沖寬度為3.9 ps,光譜寬度為0.6 nm。
6.研究了LD泵浦的Nd:LSO晶體的連續(xù)激光特性,并首次實(shí)現(xiàn)了Nd:LSO晶體在1074.8 nm的連續(xù)鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)。使用SESAM做飽和吸收體,采用V型腔,當(dāng)吸收的泵浦功率為14.5 W時(shí),獲得了1.42 W的穩(wěn)定的1074.8 nm連續(xù)鎖模脈沖,脈沖寬度為12.3 ps,光譜寬度為0
11、.22 nm。
7.研究了LD泵浦的Nd:LYSO晶體的連續(xù)激光特性,并首次實(shí)現(xiàn)了Nd:LYSO晶體的雙波長連續(xù)鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)。采用SESAM做飽和吸收體,采用V型腔,實(shí)現(xiàn)了1075.8 nm和1078.1 nm的雙波長同步鎖模輸出,當(dāng)吸收的泵浦功率為12.7 W時(shí),所獲得的最大穩(wěn)定鎖模激光的輸出功率為1.7 W,鎖模脈沖寬度為8.9 ps。對(duì)雙波長同步鎖模現(xiàn)象進(jìn)行了簡單的理論模擬,理論結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致。
8
12、.在摻Er光纖激光器的環(huán)形腔中,使用graphene作為飽和吸收體,對(duì)1550 nm附近的激光進(jìn)行調(diào)制,獲得了穩(wěn)定的連續(xù)鎖模激光脈沖。當(dāng)使用一個(gè)~11.4 m長的正色散環(huán)形腔時(shí),獲得了20.25 MHz的高重復(fù)率,脈沖寬度從1.7 ns到7.2 ns連續(xù)可調(diào)的納秒方形鎖模脈沖。并在使用graphene作為飽和吸收體的摻Er光纖鎖模激光器中,得到了Noise-Like鎖模態(tài),測(cè)得的脈沖寬度為311 fs,3dB光譜帶寬約為14 nm。
13、r> 本研究論文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下:
1.研究和優(yōu)化設(shè)計(jì)了LD端面泵浦KTP腔內(nèi)倍頻Nd:YAG/SrWO4主動(dòng)調(diào)Q拉曼激光器,當(dāng)泵浦功率為16.2 W,脈沖重復(fù)率為20 kHz時(shí),獲得了平均輸出功率為2.93W的590 nm黃光,對(duì)應(yīng)的從LD到黃光的光-光轉(zhuǎn)換效率為18.1%,為當(dāng)時(shí)倍頻調(diào)Q拉曼激光器中的最高轉(zhuǎn)換效率。采用LD側(cè)面泵浦的Nd:YAG/BaWO4/KTP倍頻拉曼激光獲得了平均輸出功率為8.3 W的黃光,對(duì)
14、應(yīng)的光-光轉(zhuǎn)換效率為6.57%。該結(jié)果為目前報(bào)道的晶體倍頻調(diào)Q拉曼激光器的最高功率。
2.首次研究了LD泵浦主動(dòng)調(diào)Q內(nèi)腔式Nd:YAG/KLu(WO4)2拉曼激光器的激光特性。使用一塊c切KLu(WO4)2晶體做拉曼介質(zhì),獲得了2.5 W的1178 nm拉曼光,對(duì)應(yīng)的光-光轉(zhuǎn)換效率為20.1%。使用一塊b切KLu(WO4)2晶體做拉曼介質(zhì)時(shí),獲得了包括1064 nm基頻光,1074 nm,1085 nm,1095 nm,1
15、106 nm,1117 nm,1128 nm,1139 nm,1151 nm和1163 nm分別對(duì)應(yīng)于88 cm-1拉曼頻移的一至九階斯托克斯散射光;對(duì)應(yīng)于757 cm-1拉曼頻移的1157 nm,1169 nm和1182 nm激光以及對(duì)應(yīng)于907 cm-1拉曼頻移的1178 nm拉曼光共14個(gè)波長同時(shí)輸出。
3.首次研究了Nd:CYA,Nd:LSO和Nd:LYSO晶體的被動(dòng)鎖模激光特性。使用SESAM做飽和吸收體,Nd:
16、CYA做激光介質(zhì),獲得了2.25 W的1080 nm的鎖模脈沖,脈沖寬度為3.9 ps;使用Nd:LSO做激光介質(zhì),獲得了1.42 W的穩(wěn)定的1074.8 nm連續(xù)鎖模脈沖,脈沖寬度為12.3 ps;使用Nd:LYSO做激光介質(zhì),實(shí)現(xiàn)了1075.8 nm和1078.1 nm的雙波長同步鎖模輸出。
4.在摻Er光纖激光器中,使用graphene作為飽和吸收體,首次研究了了20.25 MHz的高重復(fù)率,脈沖寬度從1.7 ns到
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