Ce:BaTiO自泵浦位相共轭器特性及应用研究

摘要

利用电光晶体的光折变效应产生位相共轭光已经成为了一种重要的光学位相共轭方法.光折变位相共轭具有建立阈值低、保真度高和大损伤阈值等优点,因而具有广泛的用途.在该论文中,我们针对Ce:BaTiO<,3>晶体光折变自泵浦位相共轭器的特性和应用做了全面深入的研究.通过大量的实验全面研究了Ce:BaTiO<,3>自泵浦位相共轭特性:在低重复频率(1Hz)、532nm调Q激光泵浦时最高获得了21.5％的位相共轭反射率,而此前报道过的建立位相共轭脉冲光最低重复频率是10Hz;实验中发现在532nm~790nm波长范围内,在不同的波长激光泵浦时,同时存在两种自泵浦位相共轭机制:全内反射-四波混频(TIR-FWM)和受激背向散射-四波混频(SPB-FWM);在连续激光泵浦时,对532nm、632.8nm和790nm三种波长,最高分别获得了54.1％、88.2％和80.5％的位相共轭反射率;同时还研究了自泵浦位相共轭光的时间稳定性.首次在实验和理论上研究了自泵浦位相共轭光栅暗衰减的特性,与以往一深一浅两个陷阱能级参与光折变过程不同的是,发现了两个深陷阱能级同时参与了自泵浦位相共轭光栅的建立.针对双深陷阱能级的现象,在单deep和shallow-deep模型的基础上,提出了双deep陷阱能级的光折变动力学模型.利用该模型分析认为:790nm激光泵浦时位相共轭光栅主要依赖Ce离子深能级,而532nm激光泵浦时Fe离子深能级的贡献比在790nm时大.SPB-FWM形成了Fe离子深能级上的载流子光栅,而TIR-FWM形成了Ce离子深能级的载流子光栅.此外,在Ce:BaTiO<,3>双光束干涉光折变光栅的暗衰减实验中,也观察到了符合双deep模型的衰减现象,得到光折变空间电场快衰减时间常数714s,约12分钟.并分析了暗条件下衍射效率上升的现象,认为这是由于不同相位的多衍射信号叠加造成的.应用Ce:BaTiO<,3>晶体构成的自泵浦位相共轭器,进行了连续钛宝石激光器外腔的实验研究.在实验中,观察到了由于位相共轭自扫描效应导致的输出光频移现象,证实了利用位相共轭自扫描效应实现激光调谐的可行性.同时位相共轭外腔还使得激光阈值由未加位相共轭腔时的4.7W下降到加位相共轭腔时的3.6W,利用外腔理论对实验结果进行了理论分析,理论计算结果和实验结果基本符合.利用光栅调谐和位相共轭自扫描调谐方法研究了P567掺杂固态染料的调谐特性.在使用光栅一级反馈、零级输出可调谐腔的可调谐实验中,得到了调谐范围近70nm(543~610nm)的激光输出,此结果在已知报道的激光调谐范围中是最宽的,输出波长为583nm时得到最高斜效率17.2％.提出了研究Ce:BaTiO<,3>自扫描特性的实验方案,设计并讨论了利用自扫描效应进行固态P567激光调谐的实现方案.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1研究的背景和意义

1.2光折变自泵浦位相共轭器特性的研究进展

1.2.1不同运转方式入射光自泵浦位相共轭特性的研究

1.2.2自泵浦位相共轭光时间稳定性的研究

1.2.3自泵浦位相共轭自扫描效应的研究

1.2.4 Ce：BaTiO3自泵浦位相共轭特性的研究

1.2.5光折变光栅暗衰减特性的研究

1.3固态染料激光器的研究进展

1.3.1固态激光染料的研究

1.3.2可调谐染料激光器的研究

1.4光折变自泵浦位相共轭器在激光系统中的应用

1.5论文主要研究成果

第二章光折变自泵浦位相共轭的物理基础

2.1引言

2.2光折变效应的物理基础

2.2.1光折变效应机制模型

2.2.2自由载流子的运动机制

2.2.3 BaTiO3晶体的电光效应

2.3光学位相共轭的理论基础

2.3.l光学位相共轭特性

2.3.2四波混频位相共轭

2.4自泵浦位相共轭的物理机制

2.4.1光感应光散射及扇形效应

2.4.2 TIR-FWM机制

2.4.3 SPB机制

2.4.4 SPB-FWM机制

第三章自泵浦位相共轭特性的实验研究

3.1引言

3.2调Q脉冲532nm.位相共轭特性研究

3.3连续入射光位相共轭特性研究

3.3.1 532nm位相共轭特性实验

3.3.2 790nm位相共轭特性实验

3.3.3 632.8nm位相共轭特性实验

3.4位相共轭光的时间稳定性

3.4.1典型的位相共轭光时问非稳定性表现

3.4.2均匀光照时位相共轭光的时间稳定性

3.4.3暗条件时位相共轭光的时间稳定性

3.5小结

第四章光折变光栅暗衰减特性的实验和理论研究

4.1引言

4.2光折变效应的双deep动力学模型

4.2.1单deep模型动力学方程的分析

4.2.2 shallow-deep模型动力学方程的分析

4.2.3双deep模型动力学方程的提出

4.3双deep模型暗衰减的理论分析

4.4双光束干涉光折变光栅的暗衰减实验研究

4.4.1实验装置

4.4.2寻常光干涉实验结果和讨论

4.4.3非寻常光干涉实验结果和讨论

4.5自泵浦位相共轭光折变光栅的暗衰减实验研究

4.5.1实验方法

4.5.2实验结果和讨论

4.6小结

第五章钛宝石激光器自泵浦位相共轭外腔的研究

5.1引言

5.2连续钛宝石激光器外腔的实验研究

5.2.1位相共轭外腔实验装置

5.2.2频率自扫描现象

5.2.3激光阈值和斜效率

5.3阈值和斜效率的理论分析

5.4小结

第六章光栅及位相共轭自扫描调谐固态染料激光研究

6.1引言

6.2激光染料的能级结构

6.2.1单态与三重态

6.2.2能级间跃迁、驰豫及转换

6.3可调谐固态染料P567激光实验研究

6.3.1 P567染料样品

6.3.2腔镜耦合输出可调谐激光实验

6.3.3光栅零级输出可调谐激光实验

6.4利用自扫描效应调谐的理论和实验方案分析

6.4.1自扫描现象的物理机制

6.4.2自扫描调谐实验方案分析

6.5小结

第七章总结和讨论

参考文献

攻博期间发表的学术论文

致谢