脉冲LDA泵浦固体激光器的短脉冲技术和选频技术

摘要

LD泵浦的固体激光器体积小、重量轻、寿命长、结构紧凑。相比于传统灯泵浦固体激光器具有以下优势：窄线宽(只有0.0001～0.01 nm)、高峰值功率、小发散角(容易实现基横模的高质量激光输出)、转换效率高(斜率效率超过50％，总效率达10％以上)、光束质量好(容易实现单频激光输出)。 LD泵浦的固体短脉冲激光器温度稳定性能好，性价比高，易于小型化、集成化，便于维护保养。全固态被动调Q/锁模激光器是获得纳秒、亚纳秒量级脉冲激光的理想光源，在非线性光学、光谱学、军事遥感、激光测距、激光雷达、光学数据存储、显微医学、微加工等领域有着广泛的应用空间。 LD泵浦的固体单频激光器输出功率稳定性高、能量集中、相干性好，为喇曼光谱仪、基因分析、光谱标准、相干光通信、激光光谱技术、精密测量、激光雷达等应用领域提供了优质光源。 本文的主要创新点概括如下： 首次利用脉冲LDA作为泵浦源进行了Nd：YVO<,4>激光器GaAs被动调Q实验。实验中激光器在每个泵浦脉冲持续时间的末端输出一个调Q脉冲；所得调Q脉冲最小脉冲宽度为7 ns，据我们所知，这是迄今为止以Nd：YVO<,4>为激光介质以GaAs为饱和吸收体被动调Q激光器所获得的最短脉冲宽度；研究了LDA泵浦脉冲能量、脉冲宽度、脉冲重复频率对输出调Q脉冲特性的影响；对实验结果提出了新的理论解释。 首次利用脉冲LDA作为泵浦源进行了Nd：YVO<,4>激光器GaAs被动调Q锁模实验。调Q包络内锁模脉冲的调制深度达到95％以上。研究了不同初始透过率GaAs晶片对调Q锁模脉冲特性的影响；发现了一些与连续LD泵浦固体激光器的调Q锁模不同的规律。 首次采用脉冲LDA作为泵浦源进行了Nd：YVO<,4>激光器双折射滤波片选频实验。实验中采用平一平谐振腔，结构简单、易于调节。当LDA泵浦脉宽200 μs，泵浦脉冲重复频率20 Hz，泵浦平均功率为800 mw时，得到平均功率为72.4mW的单频绿光输出，光-光转换效率为9.1％；研究了LDA泵浦脉冲能量、脉冲宽度、脉冲重复频率对单频脉冲特性的影响。 最后，对LD端泵浦固体激光器的耦合系统一透镜导管进行了光线追迹模拟，给出了最优参数。在此基础上进行了耦合实验，给出了实验结果并与理论模拟结果进行了对比讨论。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

第一节全固态激光器

第二节全固态激光器的泵浦源LD或LDA

第三节全固态激光器的Nd3+类激光介质

第四节全固态短脉冲激光器

第五节全固态单频激光技术

第六节本论文的选题与结构安排

第二章脉冲LDA泵浦Nd：YVO4/GaAs调Q激光器和调Q锁模激光器

第一节Nd：YVO4/GaAs被动调Q激光器的理论分析

第二节LDA脉冲泵浦Nd：YVO4/GaAs饱和吸收调Q实验设计

2.2.1实验设计

2.2.2 GaAs被动调Q激光器组成元件简介

第三节LDA脉冲泵浦Nd：YVO4/GaAs饱和吸收调Q实验

2.3.1泵浦脉冲持续时间内输出单个调Q脉冲

2.3.2调Q脉冲特性随泵浦条件的变化关系

2.3.3调Q多脉冲输出

第四节GaAs调Q实验的讨论与总结

第五节脉冲LDA泵浦Nd：YVO4/GaAs调Q锁模激光器的研究背景

第六节脉冲LDA泵浦Nd：YVO4/GaAs被动调Q锁模实验设计

第七节脉冲LDA泵浦Nd：YVO4/GaAs被动调Q锁模实验

2.7.1激光器调Q运转阶段

2.7.2激光器调Q锁模运转阶段

2.7.3调Q锁模脉冲特性随LDA泵浦条件的变化

第八节对GaAs被动调Q锁模实验结果的分析与总结

第三章磷酸钛氧钾-KTiOPO4(KTP)晶体倍频效应的研究

第一节KTP晶体的发展及应用

第二节双轴晶体的相位匹配

第三节KTP晶体内的三波互作用过程的耦合波方程

第四节KTP晶体非共线相位匹配

第五节KTP晶体非共线相位匹配时走离角的补偿

第四章脉冲LDA泵浦Nd：YVO4-KTP单频绿光激光器

第一节双折射滤波片选频原理分析

第二节脉冲LDA泵浦的单频Nd：YVO4-KTP绿光激光器实验设计

4.2.1实验设计

4.2.2激光器系统组成元件

第三节脉冲LDA泵浦的单频Nd：YVO4-KTP绿光激光器

4.3.1单KTP晶体/单布氏片组成双折射滤波片进行选频实验

4.3.2单KTP晶体/双布氏片组成双折射滤波片进行选频实验

4.3.3测量输出单频绿光激光脉冲的脉冲宽度

4.3.4输出单频激光脉冲特性

第四节讨论和总结

第五章透镜导管的优化设计与耦合实验

第一节耦合系统简介

5.1.1 透镜导管

5.1.2微柱透镜阵列和透镜导管组成的耦合系统

第二节透镜导管各参数的优化

5.2.1光线追迹

5.2.2参数优化

第三节基于光线追迹的理论模拟

第四节耦合实验

第五节总结

参考文献

致谢

个人简历及读博期间发表的学术论文与科研成果