800nmLD泵浦高功率连续单频Nd:YVO4激光器的研究

摘要

激光技术经过五十年的发展已经广泛应用于科学、工业、国防等国民经济的各个方面，具有结构紧凑、使用寿命长、光束质量好等优点的LD泵浦全固态激光器更是得到了广泛的关注。而在相干信息处理、量子光学、冷原子俘获、引力波测量等领域要求激光器具有良好的频率特性和输出功率稳定性，即单频激光器在这些科学研究中具有举足轻重的作用。随着科研进展，对单频激光器的输出功率提出了更高的要求，尤其是高功率单频的1064nm激光器。而激光晶体的热效应直接影响输出功率稳定性、光束质量等激光器的性能指标，在高功率激光器中尤为严重;因此，研制高功率连续单频固体激光器时，如何减小激光晶体的热效应是最重要的技术难题。
　　我们实验室已经采用了多种措施来降低激光晶体的热效应，包括使用制冷系统、采用复合晶体、双端泵浦等方法。本文目的是在以前的基础上，采用880nmLD直接泵浦技术，把基态的离子直接抽运到激光上能级，减少激光产生过程中的量子亏损发热，进一步来研制一台运转特性良好的高功率连续单频1064nm激光器，为量子光学实验提供一个性能优越的泵浦源。
　　本文中，首先介绍了LD泵浦固体激光器的历史现状及直接泵浦技术的研究现状。其次，介绍了Nd∶YVO4晶体的物理特性、光学特性以及直接泵浦条件下的激光特性，阐述了激光晶体的热效应及减小方法。然后，从四能级激光系统空间速率方程出发，理论上计算得到了输入输出功率及阈值功率关系式，分析了热效应对模式匹配的影响;实验上从提高晶体的吸收效率出发，我们采用偏振双端泵浦和长的Nd∶YVO4晶体，通过调节880nmLD泵浦源的温度让输出波长精确地落到激光晶体的吸收峰上;而双端泵浦和长的激光晶体能使泵浦能量均匀的被吸收，有效地降低热效应;根据激光器的振荡光斑与泵浦光斑的模式匹配和稳定性条件，考虑热透镜效应的条件下，经过理论计算和实验研究，设计合适的腔长，采用环形腔里放置光学单向器的方法实现激光器的单频运转，其中光学单向器由λ/2波片、磁铁和TGG晶体组成;最终研制了一台高功率连续单频1064nm激光器;当注入晶体的泵浦功率为50W时，激光器的输出功率大于20W，光-光转化效率约为40％，长期（4小时）功率稳定性小于±1.1％，光束质量M2＜1.1，激光器30s内的频率漂移为43.3MHZ。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 LD泵浦全固态激光器的历史状况

1．2 LD直接泵浦技术的发展及研究现状

1．3 DPSL主要抽运方式及全固态单频激光器

1．3．1 DPSL的主要泵浦方式

1．3．2 LD端面泵浦的全固态单频激光器

1．4 本课题的主要工作如下

参考文献

第二章 Nd：YVO4晶体性质的介绍

引言

2．1 Nd：YVO4晶体的特性

2．2 Nd：YVO4晶体的热效应及减小方法

2．2 本章小结

参考文献

第三章 LD端面直接泵浦固体激光器的理论模型

3．1 引言

3．2 四能级激光系统输入输出理论分析

3．3 晶体热效应对模式匹配的影响

3．4 本章小结

参考文献

第四章 直接泵浦Nd：YVO4激光器的设计与实验结果

4．1 激光器组成

4．2 高功率连续单频激光器的实验装置

4．3 实验结果及分析

4．4 本章小结

参考文献

第五章 总结与展望

研究成果

致谢

个人简况

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