脉冲1.1微米及连续1.5微米全固态拉曼激光器

摘要

受激拉曼散射（Stimulated Raman Scattering，SRS）是一种实现激光频率转换产生新激光波长的有效方法。受激拉曼散射属于三阶非线性效应，频率转换后的波长由泵浦光波长和拉曼介质的频移共同决定。通过结合不同频率的泵浦光和不同频移的拉曼介质，可以得到从紫外到近红外范围的受激拉曼散射光谱，这极大的拓宽了激光光谱范围。拉曼介质作为拉曼激光器中的关键器件，常用的有气态、液态和固态三种。由于固体拉曼介质具有拉曼增益系数高、粒子浓度大、热传导性好、体积小、机械性能好、易于和全固态激光技术相结合等优点，现在固体拉曼介质已经取代了气态和液态拉曼介质，成为了最常用的拉曼介质。以晶体作为拉曼介质的固体拉曼激光器具有效率高、结构紧凑、稳定性好等优点，在军事、医疗、交通、信息和农业等领域都有重要的应用。
　　固体拉曼激光器可以用来直接产生红外光谱或者与频率变换技术相结合产生可见光范围的激光。其主要的研究方向如下:(1)以1.06μm或者1.3μm激光为泵浦光，采用调Q或锁模技术，通过受激拉曼散射产生1.18μm或1.5μm脉冲拉曼光的输出。(2)将产生的脉冲拉曼光与各种二阶非线性效应（倍频、和频、光参量振荡）相结合，灵活的产生多种所需波长，进一步拓宽现有光谱范围。(3)通过选用高增益系数的拉曼介质并减少晶体和腔镜对拉曼光的损耗，来获得连续拉曼激光器的高效运转。到目前为止，脉冲形式的拉曼激光器的研究已经渐趋成熟，然而连续固体拉曼激光器研究的还很少，其中基于受激拉曼散射技术的连续人眼安全全固态激光器还未见报道。
　　本文以Nd∶YAG和Nd∶YVO4晶体作为激光介质，BaWO4和BaTeMo2O9晶体作为拉曼介质，进行了LD端面泵浦的调Q波及连续内腔式拉曼激光器的实验研究。具体的研究内容如下:
　　1.以a-cut单端键合YVO4/Nd∶YVO4晶体作为激光介质，a-cutBaWO4晶体为拉曼介质，采用声光主动调Q技术，实现了LD端面泵浦Nd∶YVO4/BaWO4内腔式拉曼激光器在1103nm波长的高功率输出。当LD的泵浦功率为11.3W，脉冲重复率为45kHz时，实验得到拉曼光的最高平均输出功率为1.59W。相应的从LD到拉曼光的光-光转换效率为14％。这是基于BaWO4拉曼晶体332cm-1频移的最高输出功率。拉曼光的光束质量因子在水平和垂直方向的大小分别为1.56±0.1和1.41±0.1。当声光Q开关工作频率为45kHz时，随着泵浦功率从6.2W增加到11.3W，激光晶体和拉曼晶体的热透镜焦距分别从926mm减少到457mm和从-8259mm变化到-1241mm。
　　2.研究了以Cr∶YAG为被动调Q晶体的LD端面泵浦Nd∶YAG/BaTeMo2O9内腔式拉曼激光器的输出特性。当LD泵浦功率为12.3W时，实验得到1180nm拉曼光的最高平均输出功率为0.41W，相应的脉冲重复频率和脉宽分别为24kHz和5.2ns。拉曼光的光束质量因子在水平和垂直方向的大小分别为1.5±0.1和2.0±0.1。
　　3.实现了LD端面泵浦连续Nd∶YVO4/BaWO4内腔式固体拉曼激光器的人眼安全激光的首次输出。实验所获得的拉曼光的阈值只有1.8W。当LD的泵浦功率为9.1W时，1532nm人眼安全拉曼光的最高输出功率为102mW。
　　4.以a-cut双端键合YVO4/Nd∶YVO4/YVO4晶体同时作为激光介质和拉曼介质，采用LD端面泵浦，实现了1525nm连续人眼安全拉曼光的有效输出。当LD的泵浦功率为17.5W时，拉曼光的最高输出功率为156mW。

目录

声明

摘要

第一章 绪言

1．1 受激拉曼散射原理

1．2 常用拉曼介质

1．2．1 钨酸盐类晶体

1．2．2 钒酸盐类晶体

1．2．3 钼酸盐类晶体

1．3 固体拉曼激光器结构及工作方式

1．3．1 常见固体拉曼激光器结构

1．3．2 拉曼激光器工作方式

1．4 激光器中的热效应

1．4．1 激光晶体的热透镜效应

1．4．2 拉曼晶体的热透镜效应

1．5 本文的研究内容

第二章 主动调Q Nd：YVO4／BaWO4 1103 nm内腔拉曼激光器

2．1 实验装置

2．2 实验结果及讨论

2．2．1 基频光输出特性

2．2．2 拉曼光输出特性

2．3 激光晶体和拉曼晶体热透镜分析

2．4 本章总结

第三章 LD端面泵浦被动调Q BaTeMo2O9拉曼激光器

3．1 BaTeMo2O9晶体拉曼散射特性

3．2 LD端泵被动调Q Nd：YAG／BaTeMo2O91180 nm拉曼激光器

3．2．1 实验装置

3．2．2 实验结果及讨论

3．3 本章小结

第四章 连续人眼安全拉曼激光器

4．1 LD端泵Nd：YVO4／BaWO4连续人眼安全拉曼激光器

4．1．1 实验装置

4．1．2 实验结果及讨论

4．2 LD端泵Nd：YVO4自拉曼连续人眼安全拉曼激光器

4．2．1 实验装置

4．2．2 实验结果及讨论

4．3 本章总结

第五章 全文总结

5．1 已研究的内容

5．2 本论文主要创新点

5．3 待研究的问题

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的项目、获得的奖励及发表的论文