800nmLD泵浦高功率連續(xù)單頻Nd-YVO4激光器的研究.pdf

1、激光技術(shù)經(jīng)過(guò)五十年的發(fā)展已經(jīng)廣泛應(yīng)用于科學(xué)、工業(yè)、國(guó)防等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)方面，具有結(jié)構(gòu)緊湊、使用壽命長(zhǎng)、光束質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)的LD泵浦全固態(tài)激光器更是得到了廣泛的關(guān)注。而在相干信息處理、量子光學(xué)、冷原子俘獲、引力波測(cè)量等領(lǐng)域要求激光器具有良好的頻率特性和輸出功率穩(wěn)定性，即單頻激光器在這些科學(xué)研究中具有舉足輕重的作用。隨著科研進(jìn)展，對(duì)單頻激光器的輸出功率提出了更高的要求，尤其是高功率單頻的1064nm激光器。而激光晶體的熱效應(yīng)直接影響輸出功率穩(wěn)

2、定性、光束質(zhì)量等激光器的性能指標(biāo)，在高功率激光器中尤為嚴(yán)重;因此，研制高功率連續(xù)單頻固體激光器時(shí)，如何減小激光晶體的熱效應(yīng)是最重要的技術(shù)難題。
　　我們實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)采用了多種措施來(lái)降低激光晶體的熱效應(yīng)，包括使用制冷系統(tǒng)、采用復(fù)合晶體、雙端泵浦等方法。本文目的是在以前的基礎(chǔ)上，采用880nmLD直接泵浦技術(shù)，把基態(tài)的離子直接抽運(yùn)到激光上能級(jí)，減少激光產(chǎn)生過(guò)程中的量子虧損發(fā)熱，進(jìn)一步來(lái)研制一臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)特性良好的高功率連續(xù)單頻1064nm激光

3、器，為量子光學(xué)實(shí)驗(yàn)提供一個(gè)性能優(yōu)越的泵浦源。
　　本文中，首先介紹了LD泵浦固體激光器的歷史現(xiàn)狀及直接泵浦技術(shù)的研究現(xiàn)狀。其次，介紹了Nd∶YVO4晶體的物理特性、光學(xué)特性以及直接泵浦條件下的激光特性，闡述了激光晶體的熱效應(yīng)及減小方法。然后，從四能級(jí)激光系統(tǒng)空間速率方程出發(fā)，理論上計(jì)算得到了輸入輸出功率及閾值功率關(guān)系式，分析了熱效應(yīng)對(duì)模式匹配的影響;實(shí)驗(yàn)上從提高晶體的吸收效率出發(fā)，我們采用偏振雙端泵浦和長(zhǎng)的Nd∶YVO4晶體，通過(guò)

4、調(diào)節(jié)880nmLD泵浦源的溫度讓輸出波長(zhǎng)精確地落到激光晶體的吸收峰上;而雙端泵浦和長(zhǎng)的激光晶體能使泵浦能量均勻的被吸收，有效地降低熱效應(yīng);根據(jù)激光器的振蕩光斑與泵浦光斑的模式匹配和穩(wěn)定性條件，考慮熱透鏡效應(yīng)的條件下，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究，設(shè)計(jì)合適的腔長(zhǎng)，采用環(huán)形腔里放置光學(xué)單向器的方法實(shí)現(xiàn)激光器的單頻運(yùn)轉(zhuǎn)，其中光學(xué)單向器由λ/2波片、磁鐵和TGG晶體組成;最終研制了一臺(tái)高功率連續(xù)單頻1064nm激光器;當(dāng)注入晶體的泵浦功率為50W時(shí)，