LD抽运的双频激光放大特性研究
本文选题：微片激光器 + 双频激光 ； 参考：《杭州电子科技大学》2015年硕士论文
【摘要】：Nd离子激光器是固体激光器家族的典型代表。三价的Nd离子掺入各种晶体或玻璃基质成为这一类激光器中的激活介质。由于Nd激光器产生的激光波长在1.05-1.08μm之间,因此适用于产生在大气中传播的激光,从而广泛应用于激光通信、毫米波雷达、激光医疗等激光应用领域。LD抽运的双频微片激光器具有结构紧凑、性能稳定、频谱相干性好、输出频差大且频差可调等一系列优点。目前报道的双频微片激光器输出功率普遍较小,均在毫瓦量级,无法胜任如毫米波通信等大功率双频激光应用场合。为了获得更高功率的大频差双频激光,本文通过光放大器对双频小信号输出进行光学放大,并分析放大过程对双频激光功率及频谱特性的影响,具体内容包括：1.对微片固体激光器的国内外发展历程进行分类介绍,通过Nd:YVO4、Nd:YAG以及其他掺杂离子的微片晶体的激光器应用,总结不同掺杂离子激光器的特点,从而为选用课题适用的晶体提供参考。2.分析对比不同微片晶体的物理参数,进一步确定课题所需微片晶体材料；分析微片固体激光器四能级速率方程,为激光器设计提供理论指导,并分析放大过程中的噪声问题,为提高光束输出质量做出指导分析。3.增大LD抽运电流,可以获得更高输出功率的双频激光,分析抽运电流大小对双频微片激光器输出功率及频差的影响,分析其频谱变化。将小信号双频激光输入光功率放大器,对比分析相同抽运电流情况下,双频小信号与经过光放大器放大后二者的光功率以及频谱特性差异。4.分析微片激光器工作过程中热效应的影响,并对其热致腔长变化以及热致折变效应进行理论推导,结合实验过程中热致频谱变化进行验证分析,为减小热效应提供理论指导,并提出几种抑制热效应的方法。实验获得了最高光功率为2.36 W、频差为47.7 GHz的大功率双频激光输出。随LD抽运电流的增大,双频激光输出功率逐渐增大,频差略有减小,且出现明显的“跳模现象”,中心波长出现0.1 nm的漂移。光功率放大过程提供了近10倍的功率加成,同时有效提高了双频信号光的光束质量,放大后输出频差较小信号光有所减少,这是光功率放大器的增益曲线不均衡导致的。
[Abstract]:ND ion laser is a typical representative of solid state laser family. Trivalent ND ions are doped into various crystals or glass substrates to become active media in this kind of lasers. Because the wavelength of ND laser is between 1.05-1.08 渭 m, it is suitable for the generation of laser propagating in the atmosphere, so it is widely used in laser communication, millimeter wave radar, The dual-frequency microchip laser pumped by LD in laser medical applications has a series of advantages, such as compact structure, stable performance, good spectral coherence, large output frequency difference and adjustable frequency difference. At present, the output power of dual-frequency microchip laser is generally small, all of them are in milliwatt order, so they can not be used in high-power dual-frequency laser applications such as millimeter-wave communication. In order to obtain a high power dual-frequency laser with large frequency difference, this paper uses an optical amplifier to amplify the output of the dual-frequency small signal, and analyzes the influence of the amplification process on the power and spectrum characteristics of the dual-frequency laser, including: 1. The development history of microchip solid-state lasers at home and abroad is introduced. The characteristics of different doped ion lasers are summarized through the application of ND: YVO4 and ND: YAG and other ion doped microchip lasers. Thus, it provides a reference for selecting the suitable crystal. 2. The physical parameters of different microchip crystals are analyzed and compared to determine the microchip crystal materials needed in the subject, and the four-level rate equation of microchip solid-state lasers is analyzed, which provides theoretical guidance for laser design and analyzes the noise problems in the amplification process. In order to improve the quality of beam output to provide guidance analysis. 3. The higher output power of dual frequency laser can be obtained by increasing LD pump current. The influence of pump current on output power and frequency difference of dual frequency microchip laser is analyzed. The small signal dual-frequency laser is input into the optical power amplifier, and the difference of optical power and spectrum characteristics between the dual-frequency small signal and the amplified optical amplifier under the same pump current is analyzed. 4. The influence of thermal effect in the working process of microchip laser is analyzed, and the variation of thermal cavity length and thermo-induced conversion effect are deduced theoretically. The experimental results are verified and analyzed in order to provide theoretical guidance for the reduction of thermal effect. Several methods to suppress thermal effect are proposed. A high power dual-frequency laser with a maximum optical power of 2.36 W and a frequency difference of 47.7 GHz has been obtained. With the increase of LD pump current, the output power of dual-frequency laser increases gradually, the frequency difference decreases slightly, and there is obvious "mode hopping phenomenon", and the center wavelength is drifted at 0.1 nm. The optical power amplification process provides a power addition of nearly 10 times and improves the beam quality of the dual-frequency signal effectively. The output frequency difference is reduced after amplification, which is caused by the unbalanced gain curve of the optical power amplifier.
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN248
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，本文编号：2058641
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