腔內倍頻固體拉曼激光器及新型鎖模激光器的研究.pdf

1、受激拉曼散射(SRS)是一種三階的非線性效應，是實現(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，產生新激光譜線的一種激光器。產生的拉曼散射光的頻率由泵浦光的波長及拉曼介質本身決定，通過選擇不同波長的泵浦光和拉曼介質，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前的一個研究熱點，以其結構緊湊、效率高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點

2、吸引了廣泛的關注，在信息、交通、醫(yī)療、測量和國防等領域都有重要的應用。
　　 腔內倍頻固體拉曼激光器是利用倍頻晶體將產生的一階拉曼散射光倍頻，產生波長在560～600 nm范圍的一類激光器，是固體拉曼激光器的一個重要用途。產生的橙黃波段的激光在生物醫(yī)學、醫(yī)療美容、食品藥品檢測、信息存儲、通訊、軍工、大氣遙感等方面有廣泛的應用。由于常用的摻釹激光材料很難產生高效運轉于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生。利用晶體的受激拉曼散射效應將激光二極管泵浦摻Nd材料得到的1.06μm附近激光轉換為1.18μm附近激光，再進行倍頻，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。
　　 隨著對激光技術的深入研究，人們在追求更多激光波長的同時，人們也注重時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，在國防、核聚變、激光測量、非線性頻率變換、醫(yī)療診斷、激光

4、切割、激光雷達等領域，具有巨大的經濟價值。通過在腔內插入飽和吸收體的被動鎖模技術是目前獲得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，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。具體的研究內容如下：
　　 1.研究了以Nd：YAG透明陶瓷做激光介質，SrWO4晶體做拉曼介質，KTP晶體做倍頻介質，主動調Q的倍頻拉曼激光器在589 nm波長的高效運轉。采用三鏡耦合腔，當泵浦功率為16.2 W，脈沖重復率為20 kHz時，獲得了平均輸出功率為2.93 W的590 nm黃光，對應的從LD到黃光的光-光轉換效率為18.1％。
　　 2.研究

6、了LD端面泵浦的內腔式主動調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，對應的從LD到拉曼光的光-光轉換效率為20.9％。以KTP晶體做倍頻介質，采用腔內倍頻拉曼激光器的方式，實現(xiàn)了590 nm激光的高效運轉，獲得了平均輸出功率為2.83 W的590 nm黃光，對應的從LD到黃光的光-光轉換效率為17.9％。采用LD側面泵浦的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，對應的光-光轉換效率為6.57％。
　　 3.研究了LD端面泵浦的Nd：YAG/GdVO4主動調Q內腔式拉曼激光器的激光特性。當泵浦功率為7.44 W，脈沖重復頻率為20 kHz時，獲得了平均功率為1.3 W的1174nm一階拉曼光，對應的光-光轉換效率為17.4％。將Nd：YAG/GdVO4內腔拉曼激光器與Nd：GdVO4自拉曼激光器進行比較，結果表明在相同泵浦功率和脈沖重復頻率條件下Nd：YAG/GdVO4

8、內腔式拉曼激光器可以獲得更高的最大平均輸出功率和轉換效率。
　　 4.研究了LD端面泵浦的主動調Q內腔式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，獲得了2.5 W的1178 nm拉曼光，對應的光-光轉換效率為20.1％。使用一塊b切KLu(WO4)2晶體做拉曼介質時，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分別對應于88 cm-1拉曼頻移的一至九階斯托克斯散射光；對應于757 cm-1拉曼頻移的1157 nm，1169 nm和1182 nm激光以及對應于907 cm-1拉曼頻移的1178 nm拉曼光共14個波長同時輸出。
　　 5.研究了以Nd：CYA晶體做激光介質的連續(xù)激光特性和被動鎖模特性。使用SESAM做飽和吸收體，首次實現(xiàn)了Nd：CYA在1080 nm的穩(wěn)

10、定連續(xù)鎖模運轉。采用V型腔時，當吸收的泵浦功率為13 W時，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，并首次實現(xiàn)了Nd：LSO晶體在1074.8 nm的連續(xù)鎖模運轉。使用SESAM做飽和吸收體，采用V型腔，當吸收的泵浦功率為14.5 W時，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，并首次實現(xiàn)了Nd：LYSO晶體的雙波長連續(xù)鎖模運轉。采用SESAM做飽和吸收體，采用V型腔，實現(xiàn)了1075.8 nm和1078.1 nm的雙波長同步鎖模輸出，當吸收的泵浦功率為12.7 W時，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。對雙波長同步鎖?，F(xiàn)象進行了簡單的理論模擬，理論結果與實驗結果基本一致。
　　 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1550 nm附近的激光進行調制，獲得了穩(wěn)定的連續(xù)鎖模激光脈沖。當使用一個～11.4 m長的正色散環(huán)形腔時，獲得了20.25 MHz的高重復率，脈沖寬度從1.7 ns到7.2 ns連續(xù)可調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>　　 本研究論文主要創(chuàng)新點如下：
　　 1.研究和優(yōu)化設計了LD端面泵浦KTP腔內倍頻Nd：YAG/SrWO4主動調Q拉曼激光器，當泵浦功率為16.2 W，脈沖重復率為20 kHz時，獲得了平均輸出功率為2.93W的590 nm黃光，對應的從LD到黃光的光-光轉換效率為18.1％，為當時倍頻調Q拉曼激光器中的最高轉換效率。采用LD側面泵浦的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

14、應的光-光轉換效率為6.57％。該結果為目前報道的晶體倍頻調Q拉曼激光器的最高功率。
　　 2.首次研究了LD泵浦主動調Q內腔式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，獲得了2.5 W的1178 nm拉曼光，對應的光-光轉換效率為20.1％。使用一塊b切KLu(WO4)2晶體做拉曼介質時，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分別對應于88 cm-1拉曼頻移的一至九階斯托克斯散射光；對應于757 cm-1拉曼頻移的1157 nm，1169 nm和1182 nm激光以及對應于907 cm-1拉曼頻移的1178 nm拉曼光共14個波長同時輸出。
　　 3.首次研究了Nd：CYA，Nd：LSO和Nd：LYSO晶體的被動鎖模激光特性。使用SESAM做飽和吸收體，Nd：

16、CYA做激光介質，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，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，實現(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的高重復率，脈沖寬度從1.7 ns到