晶体中受激拉曼振动模的应用研究

摘要

目前，晶体中的受激拉曼散射是获取新波长的重要方法之一，这很大程度上拓宽了激光的频谱范围。受激拉曼散射过程具有很多优点，如脉宽小、光束质量好和转换效率高等。近几年随着晶体技术的愈发成熟，人们对晶体中拉曼振动模的研究更加深入。基于晶体受激拉曼散射效应的固体拉曼激光器具有结构紧凑、抗热性好、价格便宜和高转换效率等优点，在国防、医学、交通和农业方面有着极其重要的应用。这主要表现在利用晶体的受激拉曼散射可以使得激光放大，完成激光放大器，利用晶体的受激拉曼散射可以获得太赫兹波，或者利用晶体的受激拉曼散射可以实现红外固体拉曼激光器。
　　首先，详细地介绍了基于受激拉曼散射产生太赫兹波的光学参量振荡器，研究表明太赫兹波的产生是基于晶体中电磁耦子的受激拉曼散射。在黄昆方程的基础上，推导了晶体中电磁耦子的色散方程，详细的分析了电磁耦子的色散曲线。利用光波在介质中传播的波动方程和耦合波方程，推导了太赫兹波的增益方程，并分析了各个参数对太赫兹输出的影响。在此基础上数值模拟了太赫兹波增益方程。
　　其次，实验研究了LD泵浦被动调Q内腔式PbWO4红外固体拉曼激光器，就目前所知，对被动调Q内腔式PbWO4红外固体拉曼激光器的研究较少，所以研究该激光器具有重要的意义。本论文采用平凹腔这一简单的结构，详细的分析实验中各个参数对实验输出基频光和拉曼光的影响，这主要体现在实验腔长、输出镜反射率和饱和吸收体初始透过率对输出特性的影响。实验中，在泵浦功率为4.6W时，获得最大的拉曼光输出功率375mW，最大的脉冲重复率30kHz，最小的脉宽6ns，泵浦光到拉曼光的最大转换效率为8.19％。
　　最后，实验研究了LD泵浦被动调Q内腔式SrWO4红外固体拉曼激光器。本实验同样采用平凹腔这一简单结构，详细的分析了实验腔长、饱和吸收体、输入镜和输出镜对实验结果的影响，并比较和分析了PbWO4晶体拉曼激光器和SrWO4晶体拉曼激光器在输出特性上的差异。实验中，当泵浦功率为4.1W时，实验获的最大的泵浦光到拉曼光的转换效率17.6%，其对应的输出功率为0.724W，脉冲宽度为8ns，脉冲重复率为27kHz，脉冲能量为26.8μJ，脉冲峰值功率为3.35kW。这是目前为止LD泵浦被动调Q内腔式SrWO4红外固体拉曼激光器获得的最大转换效率。