ndyag激光器

1、2014 年西安理工大學研究生學術年會基于雙折射濾光片選模雙頻 基于雙折射濾光片選模雙頻 Nd:YAG 激光器設計 激光器設計柴雪峰(西安理工大學機械與精密儀器工程學院精密儀器系，陜西 西安 710048)摘要： 摘要：本論文設計了一種 LD 泵浦的雙腔雙頻 Nd:YAG 激光器系統(tǒng)，采用偏振分光棱鏡（PBS）和雙 λ/4 波片（QWP）作為雙折射濾光片，用以選出單縱模；通過改變雙 λ/4 波片快軸的夾角，實現(xiàn)頻差調諧的目的；對頻差調諧

2、范圍進行了分析，理論上可以產生 150GHz 的頻差。關鍵詞： 關鍵詞：雙頻 Nd:YAG 激光器；雙折射濾光片；頻差調諧Design of Dual-frequency Nd:YAG Laser Based on Birefringrnt filter Mode-selectionChai Xuefeng(Department of Precision Instruments, School of Mechanical and Ins

3、trumental Engineering, Xi’an University of Technology, Xi’an, Shaanxi 710048, China)Abstract：In this paper，a LD-pumped two-cavity dual-frequency Nd:YAG laser system is designed，which includes birefringrnt filter consisti

4、ng of polarizing beam splitter（PBS） and two quarter wave plates（QWP） ，in order to select a single longitudinal mode；By changing the intersecting angle of two QWP’s fast axis，to achieve the purpose of frequency difference

5、 tuning；The range of frequency difference tuning has been analyzed. The frequency difference can be theoretical tuned to 150GHz.Keywords：dual-frequency Nd:YAG laser；birefringrnt filter；frequency difference tuning1 引言 引言雙

6、頻激光器是指在一個激光諧振腔中能夠同時產生兩種不同頻率的激光輸出的激光器，在激光干涉測量、激光通信等技術領域具有廣闊的應用前景。目前，雙縱模 He-Ne 激光器是較成熟且研究的較多的雙頻激光器[1]，但是由于激光器增益帶寬的限制，它們的頻差普遍比較小，這限制了雙頻激光器的應用范圍。與氣體激光器相比，Nd:YAG 等固體激光器具有更寬的增益線寬, 可以產生更大頻差的雙頻激光輸出, 成為近年來大頻差雙頻激光技術的主要研究對象。產生雙頻激光的

7、基本思想是在單縱模激光諧振腔內引入雙折射效應, 使單縱模分裂為兩個正交線偏振模, 從而獲得雙頻激光同時振蕩輸出; 常用的雙頻激光產生方法主要有布里-珀羅標準具法[2、3]、應力雙折射法[4]、扭轉模腔法[5]等。本課題組曾經報道了以偏振分光棱鏡（PBS）和半波片組成的新型雙折射濾光2014 年西安理工大學研究生學術年會3.1 3.1 雙折射濾光片選模原理 雙折射濾光片選模原理當光通過 PBS1 時會成為線偏振光，線偏振光在通過雙折射晶體

8、時會分解為 o 光和 e 光，由于晶體對 o 光和 e 光的折射率不同，所以會在 o 光和 e 光之間產生相位差，光束往返通過晶體時 o 光和 e 光所產生的相位差為（1） ?? ? ) ( 4 e o n n d ? ?式中，d 是晶體的厚度，no 和 ne 是晶體對 o 光和 e 光的折射率，λ是激光振蕩波長。當相位差為 2π的整數(shù)倍的時候，往返通過雙折射晶體偏振光的偏振態(tài)不變，通過 PBS1 時的損耗最小，因而相應頻率的光會在腔中

9、形成振蕩，而其他頻率的光會因偏振態(tài)的改變而在 PBS1 上損耗過大而被抑制，從而產生單縱模。3.2 頻差調諧原理 頻差調諧原理如圖 1，在直線腔中，設 QWP1 和 QWP2 的快軸與 p 光振動方向的夾角分別為α和β，則兩個波片的瓊斯矩陣可以表示為? ? ??? ? ??? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? 2 22 2cos sin ) 1 ( cos sin) 1 ( cos sin sin cosi ii i J? ?

10、 ??? ? ??? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? 2 22 2cos sin ) 1 ( cos sin) 1 ( cos sin sin cosi ii i J這樣可以用求解瓊斯矩陣本征態(tài)的方法計算光的相位差，光往返通過兩片 λ/4波片時的瓊斯矩陣為? ??? ??? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ) ( 2 sin 2 sin ) ( 2 cos ) ( 2 sin 2 cos) ( 2 sin 2 co

11、s ) ( 2 sin 2 sin ) ( 2 cos? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? i ii i J J J J J所以當線偏振光往通過 QWP1 和 QWP2 會產生一個附加相位差：（2） ） （） （? ?? ? ? ? ?- 4)] ( 2 [ - - 2?? ? ? ?所以， p 光往返經過 QWP1 和 QWP2 所產生的總相位差就為（3） ） （ ? ? ??? ? ?- 4 )