全固態(tài)多波長(zhǎng)激光特性研究.pdf

1、二極管泵浦的全固態(tài)激光器(DPSSL)與傳統(tǒng)的激光器相比具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性好、光束質(zhì)量好、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。隨著大功率LD輸出功率不斷提高，新型激光晶體、非線性晶體以及使用準(zhǔn)相位匹配方式的光學(xué)超晶格材料的不斷研究開發(fā)、頻率變換技術(shù)的日臻成熟，全固態(tài)激光器成為激光器的主流發(fā)展方向。同時(shí)輸出兩種或多個(gè)波長(zhǎng)的全固態(tài)激光器在干涉彩虹全息、精細(xì)激光光譜、差分吸收激光雷達(dá)(DIAL)、原子和分子的多光子分步電離、非線性頻率變換、激光醫(yī)學(xué)、激光

2、顯示、彩色打印、光電對(duì)抗戰(zhàn)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，近年來(lái)成為激光領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。全固態(tài)紫外相干光源在超高密度光驅(qū)、精密材料加工、紫外固化、光刻、光印刷、醫(yī)療、光譜分析和科學(xué)研究等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，近年來(lái)也引起人們極大的關(guān)注。 本論文分別從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面研究了LD端面泵浦Nd：YVO4晶體1342nm和1064nm連續(xù)波和聲光調(diào)Q雙波長(zhǎng)激光輸出特性；研究了LD側(cè)面泵浦Nd：YAG晶體1319nm和1064nm雙波長(zhǎng)間歇

3、振蕩激光輸出特性；實(shí)現(xiàn)了以雙結(jié)構(gòu)鉭酸鋰光學(xué)超晶格(PPLT)為變頻晶體的全固態(tài)411nm和671nm的紫-紅雙色激光輸出；研究了LD端面泵浦Nd：YVO4晶體1342nm四倍頻紫外激光的輸出特性。論文主要研究工作包括： 1.理論研究了激光晶體熱效應(yīng)引起的熱致衍射損耗隨泵浦功率、泵浦光焦點(diǎn)位置及腔模尺寸的變化關(guān)系；考慮到端面泵浦光和腔內(nèi)雙波長(zhǎng)振蕩光場(chǎng)的空間分布，給出了描述理想四能級(jí)系統(tǒng)連續(xù)波雙波長(zhǎng)激光運(yùn)轉(zhuǎn)的速率方程模型，根據(jù)該模型

4、推導(dǎo)出一定泵浦條件下實(shí)現(xiàn)雙波長(zhǎng)輸出時(shí)，雙波長(zhǎng)輸出耦合率之間的關(guān)系。分析了泵浦光焦點(diǎn)位置對(duì)雙波長(zhǎng)增益競(jìng)爭(zhēng)的影響及不同泵浦功率下雙波長(zhǎng)激光的輸入輸出特性。分別采用兩鏡腔和三鏡腔結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了LD端面泵浦Nd：YVO4晶體1064nm和1342nm連續(xù)波雙波長(zhǎng)激光輸出，同時(shí)利用連續(xù)波雙波長(zhǎng)激光運(yùn)轉(zhuǎn)的空間速率方程模型對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了理論模擬。 2.在考慮到熱致衍射損耗及聲光開關(guān)時(shí)間對(duì)雙波長(zhǎng)調(diào)Q脈沖性能影響的基礎(chǔ)上，給出了描述LD泵浦調(diào)Q雙波

5、長(zhǎng)激光運(yùn)轉(zhuǎn)速率方程模型。分別采用兩鏡腔和三鏡腔結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了LD端面泵浦Nd：YVO4晶體聲光調(diào)Q 1064nm和1342nm雙波長(zhǎng)激光運(yùn)轉(zhuǎn)；測(cè)量了一定重復(fù)頻率下，雙波長(zhǎng)輸出的平均功率、脈沖寬度、脈沖間隔隨泵浦功率的變化關(guān)系及雙波長(zhǎng)輸出平均功率與泵浦光焦點(diǎn)位置的關(guān)系；同時(shí)利用聲光調(diào)Q雙波長(zhǎng)速率方程模型對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了理論模擬。 3.提出了一種間歇振蕩技術(shù)，采用一個(gè)泵浦源、Y型諧振腔、一塊增益介質(zhì)和兩聲光開關(guān)，有效分配上能級(jí)受激反轉(zhuǎn)粒

6、子數(shù)，避免兩振蕩譜線間的競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的雙波長(zhǎng)基頻輸出。該技術(shù)通過(guò)控制兩聲光之間的開關(guān)延遲時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)雙波長(zhǎng)間歇振蕩，而且延遲時(shí)間連續(xù)可調(diào)，可通過(guò)調(diào)節(jié)延遲時(shí)間來(lái)控制雙波長(zhǎng)激光功率輸出比。在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了LD側(cè)面泵浦Nd：YAG晶體雙波長(zhǎng)間歇振蕩穩(wěn)定激光輸出，測(cè)量了一定重復(fù)頻率和泵浦功率下，雙波長(zhǎng)輸出的平均功率、脈沖寬度隨延遲時(shí)間的變化關(guān)系；根據(jù)激光器的速率方程理論，提出了四能級(jí)系統(tǒng)的間歇振蕩雙波長(zhǎng)激光運(yùn)轉(zhuǎn)的速率方程模型，同時(shí)利用該模型對(duì)

7、實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了理論模擬。 4.根據(jù)光動(dòng)力療法診治腫瘤的原理，提出了一種以雙結(jié)構(gòu)PPLT為變頻晶體，實(shí)現(xiàn)411nm和671nm紫-紅雙色全固態(tài)激光技術(shù)方案。利用雙LD泵浦兩塊Nd：YVO4晶體產(chǎn)生1064nm和1342nm雙波長(zhǎng)同時(shí)振蕩，在此基礎(chǔ)上，利用室溫極化的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)、多通道的PPLT光學(xué)超晶格實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)位相匹配，實(shí)現(xiàn)了411nm和671nm紫-紅雙色激光輸出。 5.分析了各種非線性紫外晶體的基本特性，比較了其優(yōu)缺點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)

8、研究了LD端面泵浦Nd：YVO4晶體1342nm連續(xù)及準(zhǔn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)激光輸出特性；實(shí)驗(yàn)研究了LD端面泵浦Nd：YVO4晶體聲光調(diào)Q、KTP腔內(nèi)倍頻671nm激光輸出特性，并在此基礎(chǔ)上分別采用BBO和LBO晶體為腔外四倍頻晶體，實(shí)現(xiàn)了1342nm激光四倍頻335.5nm紫外激光輸出：對(duì)比研究了BBO、LBO晶體用于1342nm四倍頻時(shí)的晶體特性，在吸收功率6.3W，聲光重復(fù)頻率10kHz時(shí)，采用LBO晶體和BBO晶體作為四倍頻晶體分別獲得35