连续LD侧面抽运高重频266nm紫外激光器研究

摘要

全固态紫外激光器不仅综合了全固态激光器结构紧凑、性能稳定、高效率和紫外激光波长短，光点面积小，强光子能量、更高的分辨率等优势，使其在材料加工处理、光学数据存储、医疗化学、环境检测等领域的应用前景得到巨大程度的扩展。本文利用非线性频率变换技术实现1064nm红外激光到266nm紫外激光的变换。基于这种方法，实验中采用连续LD侧面泵浦Nd3+：YAG晶体，被动调Q获得高重频1064nm动态基频光，经过二倍频晶体KTP产生532nm绿光，四倍频晶体BBO产生高重频的266nm紫外激光输出。其主要研究内容可概括如下：
　　(1)根据Nd3+：YAG晶体的物理及光学特性，利用简化四能级激光速率方程，给出连续LD被动调Q速率方程，以及单脉冲能量、峰值功率和脉冲宽度等参数的表达式。根据激光放大的基本原理，理论计算出激光放大器的输出能量和放大倍数。
　　(2)通过谐振腔g参数理论结合高斯光束ABCD传输矩阵，分析总结不稳腔型的特点，并且优化设计了谐振腔结构参数。提出倍频晶体选择理论依据，并选择出最佳的倍频晶体。
　　(3)从三波耦合方程和相位匹配技术出发，推导出KTP、BBO晶体倍频过程中相关参数和倍频转换效率，模拟计算基频光功率密度、发散角与转换效率之间的关系。
　　(4)在理论分析的基础上进行实验研究，通过LD侧面泵浦的手段，当注入电流和重复频率分别为18A、4kHz的条件下，实现了266nm紫外激光输出，平均功率为30mW。绿光-紫外光转换效率为5.23％。