560nm固体拉曼和频黄绿光激光器理论与实验研究

发布时间：2020-04-02 18:39

【摘要】：560~600nm波段的黄光激光在生物遗传、激光医疗、大气探测、信息存储等领域都有重要应用,其中560nm的黄绿光作为人眼最敏感的可见光波长,在临床医疗、图像和数据显示、空间探测识别、地理勘测、信号传递等方面的有特殊意义,目前黄绿激光已经应用于皮肤方面的治疗。受激拉曼散射效应(Stimulated Raman Scattering,SRS)是一种获得新的激光谱线的的有效方法。近年来,随着优良拉曼晶体的出现,全固态拉曼激光器以其简洁紧凑的结构、良好的机械性能和热学性能等优点成为目前激光器研究领域的一个热点,发展十分迅速。利用和频晶体把拉曼激光器产生的拉曼光与基频光进行和频得到黄光的输出是目前获得黄光激光的重要途径。拉曼和频黄光激光器具有结构紧凑、转换效率高、性能稳定等优点。输出的和频光具有脉冲窄,能量高的特点。这些优势使得拉曼和频黄光激光器得到了广泛关注,并在近年来取得了较大的进展。理论方面,推导了主动调Q内腔式拉曼和频激光器的速率方程组,在对其归一化后得到七个综合参量k_(ls),?,K_(sp),N,M,F,K。数值计算模拟了各综合参量的改变对和频光脉冲峰值功率、单脉冲能量及脉冲宽度的影响,最终得到在一定的数值范围内,归一化初始反转粒子数密度N、和频因子F、归一化拉曼增益系数M和损耗因子K之间相互约束,存在最优匹配取值。为实现脉冲峰值功率和单脉冲能量的最大,对F和M、F和K、M和K进行匹配关系拟合,结果显示它们之间大体上呈现线性匹配关系,这体现在实验中基本上为和频晶体长度,拉曼晶体长度和输出镜对拉曼光的反射率之间的参数值匹配,此结论可对具体实验进行数值分析来优化实验设置以实现和频光的输出最佳。实验方面,首先研究了被动调Q内腔式拉曼激光器的性能,采用平凹腔结构,Nd:YAG晶体作为激光增益介质,SrWO_4晶体作为拉曼活性介质,Cr~(4+):YAG作为被动调Q晶体进行实验,在理论计算的指导下,不断优化饱和吸收体的初始透过率、输出镜对拉曼光的反射率、腔长等各项参数,得到在饱和吸收体的初始透过率为96%,拉曼输出镜的反射率为75%@1178nm,输入泵浦功率为3.92W时,输出的最大拉曼光功率达到0.79W,此时拉曼转换效率高达20.4%,调Q脉冲的重复率为38.6kHz,脉宽为20ns左右。这是目前已知LD泵浦被动调Q Nd:YAG/Cr~(4+):YAG/SrWO_4拉曼激光器的最大转换效率。然后,对LD泵浦被动调Q内腔式拉曼和频黄绿光激光器进行了相应的研究,使用KTP作为和频晶体,考虑基频光与拉曼光的偏振关系、能量关系和脉冲同步等问题进行合理的腔参数设置与偏振设置,得到560nm被动调Q内腔式和频拉曼黄绿光激光的输出,通过调节谐振腔与偏振角度,我们得到当输入泵浦功率为4.18W时,输出的最大和频光功率达到0.101W,光光转换效率达到2.4%,脉冲宽度为10ns左右。
【图文】：

脉冲序列,腔内,输出镜,反射率

烟台大学硕士学位论文0ln 1e1TIITIISS ，（4-这里 IS和 T0分别是饱和吸收体的饱和光强和初始透过率，I 为腔内基频光强度根据（4-1）式，透过率 T 随着基频光强度 I 的增大而增大。泵浦功率很高会使晶的热透镜效应变强烈，降低了谐振腔的稳定性，使基频光强度降低，进一步使 T低，腔内损耗增加，在一个脉冲结束后就需要更多时间来建立下一个脉冲。所以图 4-3 中当输入泵浦功率大到一定程度后，脉冲重复频率会降低。下图 4-4 和 4-5 分别是当输入泵浦功率为 2.7W，应用反射率 R=90%@1064nm输出镜时，腔内无SrWO4晶体和腔内有SrWO4晶体的调Q基频光的脉冲序列和图形结合 4-3 图，可以看到腔内有无 SrWO4晶体对于输出激光的特性影响并不大，脉序列都非常稳定整齐，脉宽变化幅度也较小。

脉冲序列,输出镜,腔内,晶体

下图 4-4 和 4-5 分别是当输入泵浦功率为 2.7W，应用反射率 R=90%@1064nm输出镜时，腔内无SrWO4晶体和腔内有SrWO4晶体的调Q基频光的脉冲序列和图形结合 4-3 图，可以看到腔内有无 SrWO4晶体对于输出激光的特性影响并不大，脉序列都非常稳定整齐，脉宽变化幅度也较小。（a）（b）图 4-4 当输入泵浦功率为 2.7W，输出镜反射率为 90%@1064nm 时，，腔内无 SrWO4晶体时的Q 基频光的（a）脉冲序列，（b）脉冲图形
【学位授予单位】：烟台大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN248

【参考文献】