蓝光泵浦Pr:YLF直接获得可见光的全固态激光器研究

摘要

橙红(600nm-660nm)波段的激光在激光投影、激光彩色显示、平版印刷及激光通信等领域都具有广泛的应用。近年来利用非线性频率变换的方法输出该波段激光是相对稳定且比较成熟的方法。但是这种方法必须进行至少一次以上的非线性频率变换过程，导致光-光转换效率低，相比于直接获得的方式，其劣势显然可见。随着市场对连续橙光光源的需求不断增加，人们开始寻找能直接输出橙红光波段激光的新型晶体。蓝光泵浦 Pr3+激光器可以直接产生绿光、橙光和红光，这是相对有效且简便的方法。因此本论文对蓝光LD泵浦Pr3+:YLF激光器直接产生可见光展开了以下研究。
　　1.测量了不同偏振方向的 Pr3+:YLF晶体的激光特性，获得了相关晶体参数，进而通过推导四能级速率方程理论建立了 Pr3+激光器的数学模型，并模拟了激光器输出镜透过率和光斑半径对激光输出特性的影响，在此基础上对输出镜透过率进行了优化设计。
　　2.研究了在激光谐振腔内插入法布里－珀罗(F-P)标准具来选择 Pr3+激光波长的相关理论。通过调节标准具在激光谐振腔里的厚度和倾斜角度来控制不同波长间的损耗，从而实现相邻波长的选择。并模拟了标准具的厚度和倾斜角度对激光阈值的影响，确定出可以实现 Pr3+激光多波长输出的标准具的最优厚度和角度，为实验奠定了理论基础；
　　3.最后根据前面对Pr3+:YLF激光器的理论模拟以及在谐振腔内插入F-P标准具的优化设计，开展了蓝光抽运Pr3+:YLF晶体产生可见光的实验研究：(1)对8WLD泵浦光束进行了整形，并测试了2W&8WLD蓝光抽运源的输出特性，计算出a切&c切晶体的泵浦功率吸收效率；(2)通过比较不同偏振方向的晶体、不同曲率半径和透过率的输出镜，获得a切晶体639nm红光最高输出功率为492mW、c切晶体607nm橙光最高输出功率为177mW，并且尝试了采用三镜 V型腔结构，进行了双端泵浦抽运 Pr3+:YLF晶体输出橙光的实验，获得了最高输出功率为58mW的607nm橙光；(3)通过调节标准具的角度，成功获得了最高功率为30mW的607nm&639nm双波长、25mW的604nm&607nm&639nm三波长激光输出，实验结果验证了理论模拟的正确性。