LD泵浦的Nd：YVO4/KTP激光器的研究

摘要

半导体泵浦固体激光器（Diode-Pumped solid state Laser，简称DPL），是以固体材料为工作物质，通过二极管激光来进行激发的激光器。该激光器体积小，工作的效率高，同时具有寿命长等一系列优点;在脉冲工作方式下，其具有输出能量大、峰值功率高、器件结构紧凑的特点。在光通信、激光雷达、激光医学、激光化学、激光加工、科学研究以及国防军事等方面都具有巨大的应用前景，也是固体激光器技术发展的重要方向。本文对LD泵浦的Nd∶YVO4/KTP激光器进行了理论分析和实验研究。获得了21.02％的光-光转换率。主要内容为以下几个方面:
　　1、对LD泵浦固体激光器的发展历史、国内外对于LD泵浦中的Nd∶YVO4晶体研究的相关现状、及发展趋势进行了介绍，还对掺Nd离子的激光晶体的激光特性参数进行了分类和介绍，明确了课题研究的意义。
　　2、在对LD泵浦的输入以及输出特性进行研究的过程中，主要使用速率方程组理论来进行讨论;对理论分析结果进行了数值模拟，为实验研究提供理论指导依据。对腔内二次倍频理论进行研究，得出倍频光功率与基频光功率关系。
　　3、根据激光器的热致损耗和热透镜效应，对激光晶体的热效应模型进行了研究，根据相关的研究结果得到晶体的热效应与泵浦功率之间的关系，同时分析了热效应对激光产生的影响等。分析了谐振腔内高斯光束模参数的计算;为后面实验谐振腔优化设计提供依据。
　　4、分析了利用KTP晶体进行倍频输出的相位匹配特性。并进一步对LD泵浦的Nd∶YVO4/KTP腔内倍频激光器进行实验研究。研究结果得到，在LD泵浦功率为1W时，最大可得到210.2mW的绿光输出，光-光转换效率为21.02％。

目录

摘要

1 绪论

1．1 题目背景及研究意义

1．2 国内外研究情况

1．2．1 LD泵浦固体激光器的国内外研究情况

1．2．2 掺Nd离子的激光晶体

1．3 本章小结

2 端面泵浦固体激光器的理论研究

2．1 速率方程理论及光场分布函数的研究

2．1．1 振荡光的归一化场分布函数

2．1．2 泵浦光的归一化场分布函数

2．2 LD端面泵浦固体激光器输入输出特性理论分析

2．2．1 泵浦阈值功率

2．2．2 输出功率和斜效率

2．3 最佳模式匹配分析

2．3．1 最佳泵浦位置的确定

2．3．2 泵浦光发散角的影响

2．3．2 最佳腔模和最佳透过率的理论分析

2．3．4 最佳腔模和最佳透过率的数值模拟

2．4 最佳透过率的实验研究

2．5 腔内二次倍频理论

2．6 本童小结

3 LD泵浦固体激光器热效应及谐振腔的分析

3．1 LD端面泵浦激光晶体热效应分析

3．1．1 晶体热效应的理论模型

3．1．2 激光晶体的热透镜效应

3．1．3 Nd∶YVO4晶体的热透效应的数值模拟

3．1．4 热致衍射损耗

3．1．5 热致衍射损耗的数值模拟

3．2 谐振腔内高斯光束模参数的计算

3．3 本章小结

4 LD端面泵浦Nd∶YVO4／KTP激光器的实验研究

4．1 Nd∶YVO4晶体的激光性能

4．2 KTP晶体的主要性能

4．3 半导体泵浦固体激光器实验

4．4 KTP晶体的相位匹配特性

4．4．1 双轴晶体的相位匹配计算

4．4．2 KTP晶体的相位匹配

4．5 腔内倍频实验及装置

4．5．1 激光二极管特性

4．5．2 光学耦合系统

4．5．3 实验装置

4．6 实验结果及分析

4．6．1 两种不同耦合系统下倍频光输出特性

4．6．2 倍频光输入输出特性

4．7 本章小结

5 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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