基于掺钕介质热效应的双频激光器功率均衡研究

发布时间：2020-07-10 15:56

【摘要】：双频激光器在卫星激光测距、全息干涉测量、气象参数确定和非线性光学频率转换等方面的潜在应用而受到极大的关注。掺钕材料的激光增益介质,由于较大的发射截面和宽带泵浦光吸收特性,是双频微腔激光器的理想增益介质材料。本文基于激光器的双频输出,搭建具有一体化谐振腔Nd:GdVO_4和Nd:YVO_4双频微片激光器,研究Nd:GdVO_4和Nd:YVO_4双频微片激光器的热效应以及基于热效应的功率均衡输出,具体如下:(1)基于激光器的双纵模输出,研究了热效应对激光介质晶体的影响,推导并证明了双频微片激光器的波长漂移率的公式,证明了随着温度的增加,微片激光器输出激光的中心波长随温度的变化是线性的。(2)实验研究了Nd:GdVO_4和Nd:YVO_4晶体发射截面谱的温度特性,并根据发射截面谱与激光波长的对应关系,进一步研究了温度对Nd:GdVO_4和Nd:YVO_4双频微片激光器输出光谱的影响。实验结果表明,在所研究的温度范围内,Nd:GdVO_4和Nd:YVO_4晶体发射截面谱随温度升高中心波长发生红移、发射截面谱峰值下降,且均与温度呈准线性关系;对应的双频微片激光器波长也随温度升高呈现线性红移,但双频频差保持不变;晶体发射截面谱和激光波长的共同红移作用下,双频激光分量的功率均衡度发生变化。Nd:GdVO_4双频激光器输出功率均衡度受温度影响较小输出双频激光功率更为理想。(3)基于FL公式,建立并阐述微片激光器功率均衡机制模型,重点研究功率均衡处泵浦功率与热沉温度关系。实验结果表明,激光二极管泵浦功率不变,Nd:GdVO_4和Nd:YVO_4双频微片激光器的激光介质晶体的内外温差恒定。(4)基于双频微片激光器的功率均衡机制,进一步研究功率均衡处泵浦功率与热沉温度关系。实验结果表明,当泵浦功率增加时,三种双频激光器的功率均被调整,Nd:GdVO_4双频激光器未发生模式跳变,功率乘积呈稳定增加,中心波长变化率较小,稳定性好,是较为理想的功率可调谐的双频激光器。
【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】：2018
【分类号】：TN248
【图文】：

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投入激光工作的激光器，与其他种类的激光器构紧凑以及使用寿命长[1]。基于这些优点，固有广泛的应用[2-7]。上世纪六十年代，世界上第激光器）出现在世人面前[8]。随后，Nd:YAG（卓越的热学性质等优点成为科学家们喜爱的研达瓶颈期，气体激光器和染料激光器代替固体中后期，新型的固体激光材料的发现以及 LD（的同时，成本开始大幅下降，固体激光器又重 1989 年由 Zayhowski 提出，微片激光器一般由腔长为 mm 级别的固体激光器，其结构示意图单等优点[11]，Zayhowski 通过搭建以 Nd:YAG1064nm 附近激光输出，该输出具有低阈值，高使用的材料量少，制造工艺简单，成本非常低优良的热学性质，因此掺钕微片激光器适于高重

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图 1.2 激光器谐振腔示意图以及输出最大频差双频激光[22]似地，M. Brunel 等人于 2004 年利用双轴晶体为固体激光器的增益介质以及双调节并固定标准具的角度从而获得两个正交的线性本征态的激光输出，实验装。实验结果表明， Er:Yb:glass 晶体作为活性介质可获得拍频频差为 2.7 TH出，同时指出该激光器的频率差仅增益带宽限制，文中还论证了超低温生长的关中使用光混合在室温下产生连续太赫兹信号的可能性[23]。

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调节并固定标准具的角度从而获得两个正交的线性本征态的激光输出，实验装置如图1.3 所示。实验结果表明， Er:Yb:glass 晶体作为活性介质可获得拍频频差为 2.7 THz 的纯净信号输出，同时指出该激光器的频率差仅增益带宽限制，文中还论证了超低温生长的 GaAs光电开关中使用光混合在室温下产生连续太赫兹信号的可能性[23]。图 1.3 双轴晶体激光器实验装置示意图及输出频差[23]2005 年，日本东京大学 J Dong，A Shirakawa 等人报道了一种模拟激光二极管泵浦低阈值和紧凑的被动调 Q 的 Yb:YAG 微片激光器，如图 1.4 所示。通过数值求解耦合率方程，研究了自调 Q Cr，Yb:YAG 激光器的动态特性和激光特性。对 Q 开关 Cr

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