基于非線性效應(yīng)的新型固體激光器研究.pdf

1、本論文的研究主要分為兩個(gè)部分:一部分為基于非線性效應(yīng)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(xué)倍頻、受激布里淵散射和受激拉曼散射等非線性光學(xué)效應(yīng)，結(jié)合氙燈泵浦和LD泵浦兩種方式，分別對(duì)1064&532nm燈泵激光器進(jìn)行了工程化裝配和外腔連續(xù)拉曼輸出進(jìn)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(duì)象，在科研和激光應(yīng)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?yàn)槠浞逯倒β矢撸}沖能量可以達(dá)到焦耳量級(jí)以上的特點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于激光打孔、切割等工業(yè)加工中。半導(dǎo)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(jìn)而也極大推動(dòng)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(xué)、通訊、醫(yī)療等領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用。
　　一直以來，非線性光學(xué)效應(yīng)的應(yīng)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(xué)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(shí)際應(yīng)用的需要。同時(shí)，另一種非線性光學(xué)效應(yīng):受激布里淵散射也因?yàn)槠涿}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(xué)、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(xué)特性，科學(xué)家們已經(jīng)進(jìn)行了細(xì)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(jī)。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(yīng)進(jìn)行壓縮脈寬實(shí)驗(yàn)。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(dòng)調(diào)Q狀態(tài)下，1443.9nm激光的輸出特性。同時(shí)，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(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題提出了改進(jìn)方案。本文主要進(jìn)行了以

5、下幾個(gè)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(jì)，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(dá)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(dá)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(jī)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(dāng)。
　　2.利用氙燈泵浦Nd∶YAG晶體，在1Hz的重復(fù)頻率下，通過設(shè)計(jì)扭擺腔、以標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行SBS壓縮脈寬實(shí)驗(yàn)，由于單縱模輸出不穩(wěn)

7、定導(dǎo)致脈寬壓縮現(xiàn)象不明顯，針對(duì)實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(dá)到最大1.36W的功率輸出，此時(shí)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(dòng)調(diào)Q狀態(tài)下的激

8、光輸出，此時(shí)最大輸出功率為164mW，相對(duì)應(yīng)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(shí)驗(yàn)可行性。首先對(duì)拉曼外腔的腔鏡透過率進(jìn)行了理論分析，同時(shí)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(duì)應(yīng)的拉曼閾值和泵浦光與喇曼光腰斑的理論值。在實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)理論值搭建拉曼諧振腔，但由于實(shí)驗(yàn)腔型設(shè)計(jì)等問題，沒有得到拉曼激光輸出。針對(duì)導(dǎo)致這一結(jié)果的原因，對(duì)后續(xù)實(shí)驗(yàn)提出了改進(jìn)方

9、案。
　　本論文的創(chuàng)新點(diǎn)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(jī)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(jìn)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(dòng)調(diào)Q狀態(tài)下的1443.9nm激光輸出。連續(xù)狀態(tài)下可以達(dá)到的最大輸出功率為1.36W，被動(dòng)調(diào)Q狀態(tài)下的最大輸