内腔式拉曼激光器的光束净化研究

摘要

拉曼激光器在大气监测、激光雷达、激光通讯等领域都具有广泛的应用，受激拉曼散射可以改变原波长获得新波段拉曼散射光驱使拉曼激光器成为重要发展方向，具有广阔的发展前景。由于受激拉曼散射不需相位匹配导致的拉曼光束净化效应是受激拉曼散射的一种重要特征，对拉曼激光器的运行有重要的影响。激光器速率方程组是分析调Q激光器特性的有效工具，但现有的内腔式拉曼激光器速率方程组都是采用平面波近似或者单横模近似条件下建立的，无法对拉曼光束净化现象进行理论解析，针对这一问题，本论文开展相关理论和实验研究。理论方面推导出考虑基于多横模振荡的内腔式拉曼激光器速率方程组的理论模型，该理论模型相比平面波近似和单横模近似更符合实际情况，能够理论解析内腔式拉曼激光器的拉曼光束净化效应下的腔内模式竞争关系。使用两种不同曲率半径R=300mm，R=1000mm后腔镜对LD抽运Cr4+:YAG c切Nd:GdVO4自拉曼激光器进行实验分析，结合理论模拟分析讨论了抽运功率对输出功率，脉冲能量以及脉冲宽度的影响。采用曲率半径R=300mm后腔镜装置稳定运转状态下，当抽运功率6.73 W时获得1176 nm最大输出功率815 mW，相应的从抽运端到拉曼光的转换效率为12.1%，斜率效率达到15%。采用R=1000mm的后腔镜激光器状态下，最终在抽运功率为9.4W时获得1176 nm输出最优功率976mW，从抽运端到拉曼光获得了高效转化效率10.4%，斜率效率为12.4%。结合实验和理论研究，阐述出拉曼光束净化现象对激光器转化效率的影响，并得到抽运光与腔内光束比例并不是越小越好，而是存在一个最佳值。我们在实验研究中，保持腔内光束半径与抽运光束半径相近，并具有更大的腔膜尺寸，获得更大抽运光束与腔内激光的耦合效率，同时扼制了腔内基频光高阶模的产生，有利于提高基频光到拉曼光的转化效率。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 常用的拉曼晶体

1.2 调Q的基本理论

1.3 拉曼光束净化现象

1.4 拉曼激光器理论模型研究现状和展望

1.5 多种固体拉曼激光器

1.6 本文的主要研究内容

第二章 拉曼激光器及其理论研究

2.1 受激拉曼散射

2.2 内腔型拉曼激光器及光束净化现象理论模型

2.3 本章小结

第三章 不同曲率腔镜下自拉曼器的热模拟

3.1 自拉曼激光器热焦距和热透镜

3.2 自拉曼晶体热沉装置设计

3.3 本章小结

第四章 不同曲率腔镜下的自拉曼激光器

4.1 实验晶体选择

4.2 不同曲率腔镜下内腔式自拉曼激光器

4.3 本章小结

第五章 全文总结及展望

5.1 已研究的内容

5.2 本论文创新点

5.3 研究展望

致谢

参考文献

硕士期间学术成果情况