双腔双频全固态激光器谱线压窄技术研究

摘要

全固态激光器稳定性好、体积小、寿命长，在激光雷达、相干探测、激光干涉测距等方面具有广泛应用。在以双频全固态激光器为光源的合成波绝对距离干涉测量中，激光线宽决定相干长度，从而影响测距范围，欲实现大范围绝对测距，需要采用窄线宽双频全固态激光器作光源，因此开展双频全固态激光器谱线压窄技术研究具有重要的应用价值。 本论文主要针对双腔双频Nd:YAG全固态激光器，采用外腔反馈方法与技术，即通过改变外腔长和外腔镜反馈量，实现双频激光谱线压窄。论文主要研究内容包括以下几方面： 第一，介绍了国内外单频激光器谱线压窄技术研究现状，分析了双腔双频Nd:YAG全固态激光器的系统组成及工作原理，设计了基于平面镜外腔反馈法的双腔双频Nd:YAG全固态激光器谱线压窄方案，即通过改变激光器的外腔长和外腔反馈量压窄双频激光的谱线宽度，理论分析了激光谱线压窄方案的可行性。 第二，建立了外腔反馈1064nm单频Nd:YAG全固态激光系统，实验研究了激光振荡特性、输出特性和激光线宽特性。激光器的阈值泵浦功率为1.15W，斜效率为15%，1064nm单频激光输出功率达到115mW。当外腔长依次取为50mm、100mm和150mm时，通过在外腔反射镜前边放置可调衰减器以改变外腔反馈量，实验研究激光线宽的变化。研究结果表明，谱线宽度随着外腔长和外腔反馈量的增大而减小，激光谱线宽度从0.087nm减小至0.026nm，相应的频率线宽从23.055GHz减小至8.74GHz。 第三，建立了外腔反馈1064nm双腔双频Nd:YAG全固态激光器系统，实验研究了直线腔和直角腔的激光振荡特性及激光线宽特性。直线腔和直角腔的单频激光输出功率分别达到82.4mW和38.5mW;当直线腔和直角腔的外腔长分别为50mm、100mm、150mm时，改变外腔反馈量的大小，实验研究直线腔和直角腔单频激光线宽的变化。研究结果表明，直线腔和直角腔单频激光线宽均随外腔长和外腔反馈量的增大而减小，直线腔单频激光谱线宽度从0.088nm减小至0.027nm，相应的频率线宽从23.266GHZ减小至7.1GHz;直角腔单频激光谱线宽度从0.069nm减小至0.028nm，相应的频率线宽从16.4GHz减小至7.505GHz。 总之，本论文主要针对双腔双频Nd:YAG全固态激光器的谱线压窄方法与技术进行了理论分析和实验研究，研究结果表明，激光谱线宽度随着外腔长和外腔反馈量的增大而减小。该项研究为今后进一步开展窄线宽双频全固态激光器的研究与开发工作奠定了重要的基础。

目录

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 单频激光谱线压窄技术研究现状

1.2.1 窄线宽激光器国内研究现状

1.2.2 窄线宽激光器国外研究现状

1.3 论文主要研究内容

2 双腔双频全固态激光器谱线压窄方案设计

2.1 双腔双频全固态激光器系统组成及工作特性

2.1.1 常用激光纵模选择方法及原理

2.1.2 双腔双频全固态激光器系统组成

2.1.3 双腔双频全固态激光器工作特性分析

2.2 双腔双频全固态激光器谱线压窄方案设计

2.2.1 线宽压窄常用方法及基本原理

2.2.2 双腔双频全固态激光器谱线压窄方案设计

2.3 双腔双频全固态激光器谱线压窄方案可行性分析

2.4 本章小结

3 单频全固态激光器谱线压窄实验研究

3.1 单频全固态激光器特性实验研究

3.1.1 单频激光振荡特性

3.1.2 单频激光输出特性

3.2 单频全固态激光器谱线压窄实验研究

3.3 本章小结

4 双腔双频全固态激光器谱线压窄实验研究

4.1 双腔双频Nd:YAG激光器特性实验研究

4.1.1 双频激光振荡特性

4.1.2 输出功率

4.1.3 激光波长稳定性测量

4.2 双腔双频全固态激光器谱线压窄实验研究

4.3 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献