基于非線性效應的新型固體激光器研究.pdf

1、本論文的研究主要分為兩個部分:一部分為基于非線性效應的固體激光器研究;另一部分為新型Nd∶GdLuAG激光器的研究。在第一部分中，主要著眼于光學倍頻、受激布里淵散射和受激拉曼散射等非線性光學效應，結(jié)合氙燈泵浦和LD泵浦兩種方式，分別對1064&532nm燈泵激光器進行了工程化裝配和外腔連續(xù)拉曼輸出進行了研究。
　　固體激光器作為激光領(lǐng)域的重要組成和研究對象，在科研和激光應用中發(fā)揮了巨大的作用。在傳統(tǒng)的固體激光器中，脈沖燈泵激光器，

2、因為其峰值功率高，脈沖能量可以達到焦耳量級以上的特點，被廣泛地應用于激光打孔、切割等工業(yè)加工中。半導體激光器（LD激光器）雖然發(fā)展得沒有燈泵激光器早，但在八十年代之后，其得到了巨大的發(fā)展進而也極大推動了固體激光器的發(fā)展。如今，大功率LD泵浦的固體激光器在軍事、科學、通訊、醫(yī)療等領(lǐng)域都有重要的應用。
　　一直以來，非線性光學效應的應用，極大地拓展了固體激光器的適用領(lǐng)域。通過特定的非線性光學過程，例如倍頻、光參量振蕩、受激拉曼散射等，

3、激光波長已經(jīng)涵蓋了從紫外到紅外甚至太赫茲波的范圍，滿足了不同實際應用的需要。同時，另一種非線性光學效應:受激布里淵散射也因為其脈寬壓縮的作用而受到廣泛的關(guān)注。
　　作為人眼安全激光器的一種，1.4μm激光激光器在激光測距、醫(yī)學、通信等領(lǐng)域發(fā)揮了極大的作用。通常獲得1.4μm激光的增益介質(zhì)為Nd∶YAG，由于其出色的物理和化學特性，科學家們已經(jīng)進行了細致的研究。而作為新晶體的Nd∶GdLuAG在這方面的表現(xiàn)尚未被探索過。
　　

4、本文利用Nd∶YAG晶體作為增益介質(zhì)，獲得了1064&532nm脈沖激光輸出，并在使用全國產(chǎn)器件的基礎(chǔ)上完成工程化樣機。在燈泵激光器的基礎(chǔ)上獲得單縱模激光輸出，并利用受激布里淵散射效應進行壓縮脈寬實驗。利用一種新混晶Nd∶GdLuAG，采用LD端面泵浦的方式，研究了其在連續(xù)和被動調(diào)Q狀態(tài)下，1443.9nm激光的輸出特性。同時，以Ba∶WO4為拉曼晶體，研究了連續(xù)拉曼激光的理論閾值，并針對實驗中出現(xiàn)的問題提出了改進方案。本文主要進行了以

5、下幾個方面的研究:
　　1.利用氙燈泵浦Nd∶YAG晶體，在10Hz的泵浦頻率下，通過電光調(diào)Q的方法，獲得了1064nm脈沖激光的輸出，輸出激光的脈沖寬度為7.2ns。由于非穩(wěn)腔的設(shè)計，得到激光發(fā)散角為0.75mrad。最終得到的1064nm激光最大能量可以達到1焦耳。之后，再利用KTP晶體為倍頻晶體，獲得532nm激光的輸出，最大的輸出能量可以達到500毫焦耳，最終利用全國產(chǎn)化器件，例如高斯鏡、雙燈泵浦腔、電光調(diào)Q器件等，完成了

6、工程化樣機的裝配，得到激光器的激光規(guī)格參數(shù)與市面上專業(yè)光電公司的激光器參數(shù)相當。
　　2.利用氙燈泵浦Nd∶YAG晶體，在1Hz的重復頻率下，通過設(shè)計扭擺腔、以標準具作為輸出鏡、在諧振腔內(nèi)插入Cr∶YAG晶體的方法，獲得小能量單縱模脈沖1064nm激光，激光脈沖寬度為20ns，能量是8毫焦耳。通過法布里珀羅干涉儀測量1064nm激光的干涉條紋，可以清晰地看到干涉環(huán)。之后利用得到的單縱模激光進行SBS壓縮脈寬實驗，由于單縱模輸出不穩(wěn)

7、定導致脈寬壓縮現(xiàn)象不明顯，針對實驗中的問題，提出后續(xù)需要使用自種子注入法來提高單縱模出現(xiàn)概率和進一步壓縮單縱模線寬，以期獲得理想的脈寬壓縮。
　　3.研究了LD端面泵浦Nd∶GdLuAG晶體得到1443.9nm激光的輸出特性。采用808nm LD激光器為泵浦源，在連續(xù)狀態(tài)下，在吸收11.42W泵浦功率的情況下達到最大1.36W的功率輸出，此時的光光轉(zhuǎn)換效率為11.9％。通過利用V3+∶YAG做為飽和吸收體，獲得了被動調(diào)Q狀態(tài)下的激

8、光輸出，此時最大輸出功率為164mW，相對應的單脈沖能量為29.3μJ。
　　4.研究了Ba∶WO4連續(xù)的外腔拉曼激光器的理論閾值和實驗可行性。首先對拉曼外腔的腔鏡透過率進行了理論分析，同時通過建立外腔連續(xù)拉曼激光的閾值公式，得到在以Ba∶WO4作為拉曼晶體，對應的拉曼閾值和泵浦光與喇曼光腰斑的理論值。在實驗中，根據(jù)理論值搭建拉曼諧振腔，但由于實驗腔型設(shè)計等問題，沒有得到拉曼激光輸出。針對導致這一結(jié)果的原因，對后續(xù)實驗提出了改進方

9、案。
　　本論文的創(chuàng)新點主要如下:
　　1.利用全國產(chǎn)化的器件，例如電光調(diào)Q器件、雙燈泵浦腔等完成了1064&532nm激光器的工程化樣機裝配，激光器的輸出特性可以與市面上鐳寶公司的激光器性能相比較，而鐳寶公司的器件多為進口產(chǎn)品。
　　2.利用Nd∶GdLuAG晶體作為增益介質(zhì)，采用LD泵浦的方式獲得連續(xù)狀態(tài)和被動調(diào)Q狀態(tài)下的1443.9nm激光輸出。連續(xù)狀態(tài)下可以達到的最大輸出功率為1.36W，被動調(diào)Q狀態(tài)下的最大輸