连续可调谐单频激光器的研究

发布时间：2020-07-11 05:08

【摘要】：全固态单频连续波激光器因其具有高相干性、低噪声、高光束质量以及窄线宽等优点已经成为量子精密测量、冷原子物理、量子光学与量子信息、高分辨率激光光谱等众多科学研究与应用领域的必要光源。随着科学研究的不断深入和飞速发展,许多研究领域如量子信息以及精密测量等要求激光器在具有较高输出功率的同时,还要有较高的稳定性并能在长期运转过程中始终保持稳定的单纵模运转。而冷原子物理以及激光雷达等研究领域则要求激光器在稳定单频运转时还要有一定的频率连续调谐能力。为此,我们在实现全固态单频连续波激光器的频率连续调谐和提高全固态单频连续波激光器的长期稳定性等方面进行了深入研究,具体研究内容包括:1.利用电光效应锁定标准具实现了激光器的频率连续调谐,研制了全固态单频连续波宽调谐钛宝石激光器。基于LabVIEW设计了粗调谐元件双折射滤波片的控制程序,通过反馈控制激光谐振腔内粗调谐元件双折射滤波片的角度实现激光器输出波长的自动宽调谐;在此基础上,通过锁定腔内电光标准具然后连续扫描激光谐振腔的腔长实现激光器输出频率的连续调谐。由于标准具的锁定过程是基于光学晶体的电光效应来实现的,因此,其调制信号的频率不受任何限制,可任意选取。通过改变用于锁定标准具的调制信号的频率实现了对激光器强度噪声的操控。实验实现的全固态单频连续波可调谐钛宝石激光器的自动宽调谐范围为110 nm(760 nm-870 nm),连续调谐范围大于20GHz。2.联合腔内锁定标准具和非线性损耗有效扩展了单频连续波激光器的连续调谐范围,突破了激光器内标准具的自由光谱区对最大频率连续调谐范围的限制。利用该方法实现了连续调谐范围达到222.4 GHz的单频连续波内腔倍频Nd:YVO_4/LBO激光器,据我们所知,这是目前可实现的连续无跳模调谐范围最宽的全固态单频连续波激光器。利用该方法,我们在实验上还实现了连续可调谐内腔倍频Nd:YAP/LBO激光器,获得了连续无跳模调谐范围达146.7 GHz(@540 nm)的宽范围连续可调谐1080nm/540 nm双波长激光输出,540 nm和1080 nm激光的最高输出功率分别为4.18 W和2.39 W。由于激光器在很宽的范围内均可以实现连续无跳模调谐,所以在长期运转过程中能够始终保持单纵模运转状态,不会出现任何多模振荡或跳模现象。3.提出了一种通过反馈控制激光谐振腔内非线性损耗的大小来提高单频连续波激光器稳定性的方法,有效提高了全固态单频连续波高功率1064 nm激光器的稳定性。在激光谐振腔内插入非线性倍频晶体LBO引入非线性损耗,通过控制LBO晶体的温度可实现对激光谐振腔内非线性损耗的操控,进而改变激光器的输出功率。通过光电负反馈控制LBO晶体的温度,2小时内激光器输出功率的波动从±0.59%减小到±0.26%,同时,激光器1分钟内的频率漂移也从21.82 MHz减小到9.84 MHz。实验结果表明,通过反馈控制激光谐振腔内的非线性损耗,单频连续波激光器的功率稳定性和频率稳定性均得到有效提高。创新性研究工作:A.利用电光效应锁定标准具实现了激光器的频率连续调谐,研制了强度噪声可操控的全固态单频连续波宽调谐钛宝石激光器;B.联合腔内锁定的标准具和非线性损耗扩展了全固态单频连续波激光器的连续调谐范围,实现了频率连续可调谐的全固态单频连续波Nd:YVO_4/LBO激光器和全固态单频连续波Nd:YAP/LBO双波长激光器。C.通过反馈控制激光谐振腔内的非线性损耗提高了全固态单频连续波激光器的长期稳定性。
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN248
【图文】：

连续可调谐激光器的研究竞争”机制如图 2-1 所示，假设在激光器增益谱范围内包含有 q-满足振荡条件（曲线 1），起始阶段，三个模式均可以起振；随着，由于激光器的增益饱和效应，其增益逐渐减小，当减小到曲线 2 q-1 的增益小于阈值，因此该模式对应激光猝灭；随着腔内光强增益减小到曲线 3 所示情形时，模式 q+1 的增益小于阈值，该模；随着腔内光强继续增大，激光器的增益减小到曲线 4 所示情形损耗相等，腔内光场形成稳定振荡，因此，经过模式竞争后，激光靠近增益中心的模式形成稳定振荡，激光器实现单纵模运转。

第二章 激光器选模与调谐原理111arctan narctann 棱镜的折射率。由于不同的波长对应棱镜的定，所以不同波长的激光束经棱镜后传播上分离，输出耦合镜选取相应的角度位置。这种方法的最小波长分离范围约为 1 nm

13图 2-3 利特罗光栅[2.5]选的方法是将谐振腔的一个腔镜换成的一级衍射光与入射光重合，工作在自准-3 所示。根据光栅方程有 2d sin α 为入射光（或一级衍射光）与光栅法线主极大对应的波长，即谐振腔内选出的振波长的激光在谐振腔内起振。这种选模方大，一种有效减小损耗的方法是采用闪耀

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 卢华东;彭X墀;;操控非线性损耗实现稳定的高功率单频激光及可调谐激光的输出[J];量子光学学报;2015年02期

2 王雅君;杨文海;郑耀辉;彭X墀;;抽运波长及Nd~(3+)掺杂浓度对内腔倍频单频激光器性能的影响[J];中国激光;2013年06期

3 卢华东;苏静;彭X墀;;全固态连续单频可调谐钛宝石激光器腔内损耗及最佳透射率的研究[J];中国激光;2010年09期

4 卢华东;苏静;李凤琴;王文哲;陈友桂;彭X墀;;紧凑稳定的可调谐钛宝石激光器[J];中国激光;2010年05期

5 孙燕;卢华东;苏静;;全固态单频钛宝石激光器[J];量子光学学报;2008年03期

6 林彦,霍玉晶,何淑芳,陈佳琦;光电反馈法稳定全固态绿光激光器输出功率[J];激光与红外;2005年01期

7 张靖,张宽收,王润林,郭蕊香,彭X墀;全固化单频Nd:YVO_4环形激光器[J];中国激光;2000年08期

8 邵中兴;许凤明;叶子青;周天恩;朱文煜;;高效率连续波单频环形钛宝石激光器[J];中国激光;1997年01期

9 王军民，李瑞宁，谢常德，彭X墀;连续钛宝石激光器最佳输出透射率的测量[J];光学学报;1995年11期

10 李瑞宁，王军民，谢常德，彭X墀;连续钛宝石激光器波长调谐特性及斜效率的测量[J];中国激光;1995年02期

中国博士学位论文全文数据库 前5条

1 王雅君;激光晶体热效应的改善及全固态高功率单频激光器的实验研究[D];山西大学;2014年

2 王文哲;用于原子与通信波段激光器调谐及控制研究[D];山西大学;2013年

3 卢华东;连续单频可调谐钛宝石激光器及其强度噪声特性的研究[D];山西大学;2011年

4 王宇;连续变量量子逻辑操作的实验研究[D];山西大学;2011年

5 郑耀辉;高功率全固态连续单频激光器的理论和实验研究[D];山西大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 孙雪俊;全固态连续单频可调谐钛宝石激光器及其内腔倍频实验研究[D];山西大学;2016年

本文编号：2750001