全固体腔内和频拉曼黄光激光器理论与实验研究

摘要

受激拉曼散射（SRS）的发现，提供了一种生成不同频率的激光的输出方法，是一种非线性的方法。近年来对拉曼激光器的研究依然很受关注，尤其是在当前晶体生长技术的发展下，发现了许多性能优良的拉曼晶体，对受激拉曼散射的进一步研究提供了可能。对不同的泵浦光以及拉曼晶体的选择，使拉曼激光器产生一阶斯托克斯光的波长范围可以囊括从紫色波长到近红外波长。全固态拉曼激光器的研究如今已成为十分吸引研究者的前沿领域，其具有结构简单、组成紧凑、效率较高、不易受外界干扰的优点，在交通、通信、医学、测绘及国防等领域有极其重要的用途。
　　560nm～600nm波段的黄绿光是多用途的一类激光，在藻红蛋白标记、生物免疫检测、医疗器械应用、生物化学科技等很多方面有着这重要的应用，其中560nm波段的激光已得到广泛应用。如何有效获得该段波长的激光一直是广大激光研究者的主要攻克方向，倍频（SHG）与和频（SFG）是两种获得黄绿光波段激光的有效途径。1120nm～1200nm波段的激光由激光材料来产生是特别困难的，使得560nm～600nm波段的激光由直接倍频来产生是很不容易的。因而拉曼光的产生显得就特别重要，其为倍频与和频产生黄绿光提供了可能。
　　本论文首先介绍了相关全固体拉曼激光器的分类及研究现状和和频拉曼黄光激光器的研究情况，简单叙述了拉曼晶体及主要和频晶体。本论文以激光器速率方程为理论研究工具，分别推导出了被动调Q腔内和频拉曼激光器和主动调Q腔内和频拉曼激光器的速率方程，并分别进行了归一化处理，得到归一化的各个综合参数，然后运用常见晶体的参数，分别研究了各综合参数的恰当取值，并在适当取值下，进行了数值模拟，深入细致的研究了综合影响参量对输出激光脉冲的影响，模拟结果可以指导实验设计。
　　基于理论研究，设计了二极管激光泵浦被动调Q拉曼激光器的实验。选用了当前常用的SrWO4拉曼活性介质，得到相应二极管激光泵浦被动调Q拉曼激光器的拉曼光输出。在输入泵浦激光功率4.12W时，得到的最大拉曼光输出功率达到了0.724W，拉曼转换的效率高达17.5％。这一实验结果非常好的反映了SrWO4的优良拉曼特性。对影响拉曼光输出的各种激光器器件参数进行了研究，包括输入镜曲率半径、饱和吸收体初始透过率及输出镜对拉曼光的反射率等。
　　本论文还就KTP晶体的和频性质进行了研究，设计出了被动调Q内腔式和频拉曼黄光激光器，并成功获得了黄绿光的输出，在输入泵浦功率4.12W时，获得的最大和频黄光输出达到0.109W，转换的效率为2.64%，脉宽为6.5ns。和频光的单脉冲能量为19.9μJ，峰值功率为3.06kW。