掺钕钒酸钇自拉曼变频激光研究

发布时间：2020-06-16 02:10

【摘要】：受激拉曼散射是获得新型波长激光的一种重要手段,已成为激光领域的研究热点。通过级联拉曼,可使激光波长往长波方向拓展,获得丰富的新波长。此外,利用受激拉曼散射效应结合二阶非线性频率变换技术,可获得可见波段激光输出,在激光医疗、显示等领域具有重要应用。掺钕钒酸钇(Nd:YVO_4)晶体同时具有优异的激光和拉曼性能,是优秀的自拉曼晶体。本文利用半导体激光(LD)端面泵浦Nd:YVO_4晶体,分别开展了a切和c切晶体的自拉曼级联激光性能研究,以及利用自拉曼一阶Stokes光泵浦二阶非线性光学晶体的倍频、和频和光参量振荡(OPO)激光研究。具体研究内容如下:1.LD端面泵浦不同切向的Nd:YVO_4晶体,主动选择不同频移的级联拉曼,获得不同波长的Stokes激光输出。基于c切Nd:YVO_4晶体,以1066nm波长的激光作为基频光,通过259cm~(-1)频移级联拉曼,实现1.1-1.2μm波段激光输出。实验研究了泵浦光斑束腰在自拉曼晶体内的位置、Q开关重复频率和占空比等参数对激光的影响。通过对各参数的优化,在14.9W的泵浦功率和15kHz的重复频率下,获得平均功率为1W的激光输出;通过259cm~(-1)和890cm~(-1)频移共同参与的级联拉曼,获得1.2-1.3μm波段激光输出。在17.1W的泵浦功率和10kHz的重复频率下,获得最大1.02W的激光输出,对应的转换效率和斜效率分别为6.0%和9.1%。基于a切Nd:YVO_4晶体,以1064nm波长激光作为基频光,通过890cm~(-1)频移级联拉曼,实现1.3μm波长激光输出。在17.1W和50kHz的重复频率下,获得最高输出功率2.5W,转换效率14.7%,斜效率23.7%。经由259cm~(-1)和890cm~(-1)频移参与的级联自拉曼输出的波长,有效的丰富了Nd:YVO_4晶体级联自拉曼激光的波长。2.利用a切Nd:YVO_4晶体1176nm一阶Stokes光泵浦二阶非线性变频晶体实现拉曼光的倍频、和频和OPO。采用温度相位匹配技术,通过对LBO晶体温度的控制,实现1176nm激光的倍频以及1064nm和1176nm激光的和频。在60kHz的重复频率下,分别在314和362K的温度下获得获得2.5W的588nm的黄光和1.8W的559nm的绿光;利用1176nm的拉曼光腔内泵浦KTA晶体,通过拉曼效应与OPO过程的结合获得1.7μm波段激光输出。实验中通过合理的膜系设计,成功抑制了1064nm到1.5μm的OPO转换过程,实现了1176nm的OPO转换。在12.1W的泵浦功率下获得1.2W的平均输出功率,脉冲宽度约为11ns,对应的OPO转换效率约为10%。
【学位授予单位】：温州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN24
【图文】：

拉曼散射,能态,受激拉曼散射

4BaWO4925 1.6 8.5 /SrWO4922 2.7 5 ~5GdVO4885 3.0 >4.5 ~1YVO4890 2.6 >4.5 ~1Ba(NO3)21047 0.4 11 ~0.4KGW 768 6.4 4.4 ~10受激拉曼散射受激拉曼散射效应是一种非弹性散射过程，其主要过程如图 1-1 所示。量子量为 hυp的光子入射到拉曼晶体上，经散射后其量子能量变为 hυs，能量差 hυp-υs）=hυR则被材料吸收。图 1-1 中，u 是分子的上能态（可能是实态或“虚”），i 和 f 分别为初始能态和终端能态（分子基能态的振动能级）。理论上，材料的激发可能是纯粹的电子激发，也可能是分子的振动激发或者旋转激发。率υs被称为 Stokes 频率，它低于入射光υp，υp与υs之差称为拉曼频移，是拉曼体具有的特征。

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图 2-1 a 切和 c 切 Nd:YVO4晶体的拉曼频移谱线igure 2-1 The Raman shift of a- and c-cut Nd:YVO4cryst表 2-2 拉曼晶体 Nd:YVO4的参数Table 2-2 The parameters of Raman crystal Nd:YVO4晶体波长拉曼频移量拉曼线宽 d:YVO41064nm ＞4.5cm/GW 2.9cm-1偏振性能研究体具有很强的偏振吸收及辐射特性。由于其平直于光轴的跃迁截面，所以至今报道的 a 切 N。最近山东大学于浩海等对掺钕钒酸盐晶体及各类掺钕钒酸盐晶体不同能级跃迁实现 0.9、较为成熟，但相关激光都以增益较强的π偏振为性的 Nd:YVO4晶体的偏振光谱，不但跃迁截面峰也存在着区别。比如其π偏振最强峰在 1064n

【参考文献】