基于耦合腔选模原理的可调谐双频Nd:YAG激光技术实验研究

摘要

无导轨绝对距离干涉测量技术是实现高精度、大量程测量的有效手段。利用频差可调谐双频激光器作光源进行绝对距离干涉测量时，为了比较容易实现对被测距离粗测，要求合成波长尽可能大，而合成波长和双频激光频差成反比，这也就要求双频激光的频差尽量小;但是，为了提高测量精度，要求合成波长尽可能小，也就是要求双频激光的频差尽可能大。因此，需要双频激光器的频差在大范围内可调谐以形成由大变小的多个合成波长，从而实现对被测距离逐级精化测量，达到高精度绝对距离干涉测量要求，所以研究频差可调谐大频差双频激光技术十分必要。
　　本论文采用Nd∶YAG激光器作为研究对象，研究大频差可调谐双频激光产生技术。首先，在综述双频激光技术研究现状及发展趋势的基础上，简要介绍了激光二极管(LD)端面泵浦固体激光器的组成及其工作特性。其次，分析了激光纵模选择的原理，重点分析了耦合腔结构选模原理及其实现方法。再次，以Nd∶YAG晶体的两个端面与一个输出镜构成耦合腔，实现LD端面泵浦Nd∶YAG激光器单纵模运转;在此基础上，在耦合腔的外腔内插入各向异性晶体作为激光纵模分裂元件，对腔内振荡的单纵模激光进行分裂，从而产生正交线偏振双频激光输出。
　　论文分别设计了耦合腔选模自然双折射双频Nd∶YAG激光器和耦合腔选模电光双折射双频Nd∶YAG激光器两种研究方案，通过改变自然双折射元件或电光双折射晶体的特性，实现了1064nm双频Nd∶YAG激光同时振荡输出和频差调谐，调谐范围分别达到0～1.69GHz和0～2.92GHz。此外，还设计了一种以偏振分光棱镜作为激光纵模分裂元件的耦合腔选模双腔双频Nd∶YAG激光器研究方案，并进行了可行性分析，理论上可以获得了p光和s光正交偏振双频激光输出，采用差动调节两PTZ的电压实现频差可调谐，理论上频差可调谐范围为从几GHz到接近150GHz。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 双频激光器在干涉测量领域中的应用

1．2 双频激光技术研究现状

1．2．1 国外双频激光技术研究现状

1．2．2 国内双频激光技术研究现状

1．3 频差可调谐双频激光技术发展趋势

1．4 课题的目的及意义

1．5 课题的主要研究内容

2 LD泵浦Nd：YAG激光器组成及振荡特性分析

2．1 LD泵浦Nd：YAG激光器系统组成

2．1．1 Nd：YAG晶体的特性

2．1．2 LD特性及对电流源的要求

2．1．3 光纤耦合光学系统

2．1．4 光学谐振腔

2．2 LD端面泵浦Nd：YAG激光器的振荡模式

2．3 本章小结

3 耦合腔选模原理及双频Nd：YAG激光器研究方案

3．1 耦合腔选模原理及特性分析

3．1．1 耦合腔选模原理

3．1．2 耦合腔选模特性理论分析

3．1．3 耦合腔选模激光器的振荡阈值

3．2 耦合腔的结构

3．3 耦合腔选模单频Nd：YAG激光器实验研究

3．3．1 耦合腔选模特性研究

3．3．2 波长调谐特性研究

3．3．3 输出功率稳定性研究

3．4 双频激光器产生机理

3．5 耦合腔选模可调谐双频Nd：YAG激光器研究方案

3．5．1 耦合腔选模双波片可调谐双频Nd：YAG激光器方案

3．5．2 耦合腔选模电光双折射可调谐双频Nd：YAG激光器方案

3．6 本章小结

4 耦合腔选模双波片可调谐双频Nd：YAG激光特性实验研究

4．1 双折射效应

4．2 激光纵模分裂实验研究

4．3 双λ／4波片频差调谐方法

4．4 双波片可调谐双频Nd：YAG激光器系统实验研究

4．4．1 输出激光偏振特性研究

4．4．2 输出功率稳定性研究

4．4 本章小结

5 耦合腔选模电光双折射可调谐双频Nd：YAG激光特性实验研究

5．1 电光双折射效应

5．1．1 电光效应及电光晶体的选择

5．1．2 LN晶体的基本性质

5．1．3 LN晶体的电光双折射特性

5．2 电光双折射可调谐双频Nd：YAG激光器系统实验研究

5．2．1 频差调谐特性研究

5．2．2 输出功率稳定性研究

5．3 本章小结

6 耦合腔选模双腔双频Nd：YAG激光器研究方案及可行性分析

6．1 偏振分光棱镜(PBS)原理

6．2 耦合腔选模双腔双频Nd：YAG激光器系统及可行性分析

6．3 本章小结

7 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文