900nm波段全固态连续单频可调谐钛宝石激光器

发布时间：2020-08-09 12:58

【摘要】：随着全固态单频可调谐激光器的迅速发展及光与原子耦合系统的深入研究,900nm波段全固态钛宝石激光器输出的几个中心波长的单频激光分别对应着铯原子的几对跃迁吸收线,近年来在光-原子操控、量子信息存储等研究领域有着重要的应用。而且,其倍频后获得的450nm波段可调谐单频激光也对应于钡离子基态、铯原子高能态等跃迁吸收线,在原子冷却与俘获、量子计算、量子操控等研究课题中也占据着重要的主导作用。这些应用均要求900nm波段的激光输出功率高、光束质量好、频率稳定性好、线宽窄、噪声低,而且重复性较好、抗干扰能力强。为满足这些性能指标,本论文中我们围绕高功率输出的900nm波段钛宝石激光器及连续单频可调谐进行研究,完成了以下工作:1.主要介绍了钛宝石晶体的吸收光谱、荧光光谱特性及其线宽压窄技术,并从实验需求出发,设计了可同时实现压窄激光器线宽及宽范围连续调谐能力的实验装置;2.理论上从四能级速率方程出发,计算了激光振荡阈值及输出功率随激光器泵浦光与振荡光之间的模式匹配关系变化而变化的规律,为降低泵浦阈值功率、提高900nm波段红外激光输出功率和改善其光束质量提供了理论基础。3.实验上设计了结构紧凑、调节灵活的嵌入式六镜环形谐振腔,通过改变嵌入臂的长短可灵活调节激光器的模式匹配状态,获得最大光-光转换效率。在输出功率为15W的532nm全固态单频激光器的泵浦条件下,获得了900nm波段平均输出功率大于2W,波长调谐范围为852~934nm的宽调谐单频激光器,光束质量因子M~21.04,三小时内功率稳定性优于±0.7%。4.实验上我们对911nm钛宝石激光器进行了拓展研究,采用7.5mm长的LBO晶体插入钛宝石激光器腔内进行倍频,当注入11.64W单频532nm激光时,获得了功率为1.63W的455.5nm单频蓝光输出,绿光-蓝光转换效率为14%,自由运转三小时功率稳定性约±2.5%,M~2因子分别为Mx~2=1.31、My~2=1.84。
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN248.1
【图文】：

吸收光谱,钛宝石晶体,吸收光谱

军事、医疗及一些前沿的科学研究如原子钟、算等方面有着广泛的应用[51]，而且钛宝石激光其波长输出范围。也正因为钛宝石晶体荧光谱往往需要插入一些光学元件来压窄线宽，确保2.1 钛宝石晶体的光谱特性及品质因子钛宝石晶体(Ti3+:Al2O3)中 Ti3+离子的外层一个未配对的电子 3d1，它具有五重简并的能级分裂为三重简并的2T2(基态)和二重简并的这两个能级之间，由于激活离子和配位体离子成准连续能带[53]，在频率为的外辐射场作用光子后跃迁到激发态，形成了波长范围如图 2到频率为1 的辐射场作用，放出一个能量为h示的宽荧光谱带。

空间分布,双折射滤波片,单片,空间分布

900nm 波段全固态连续单频可调谐钛宝石激光器用在谐振腔内进行调谐和线宽压窄。常用的双折射滤波片，光线以布儒斯特角（θB）入射，在 ( )e o o e n n n n n（nm）的近似条件下设计了双折射滤波器[55]。如图 2.4 所示是单播与光轴之间的几何关系，用数学公式表示如下sin cot tan coscoscosA tan2o eBn n 折射光线与光轴之间的夹角；θ 为入射角；A 为光轴与晶体之间的夹角；φ 为晶体折射光线与光轴组成的平面与入射光 o 光和 e 光的相位差。

和分解,偏振光,相位差,透射光

图 2.5 输出、输入偏振光的合成和分解方向产生的相位差 δ 为22 ( )sinsino eB d n n 光的振幅为2 22 2 2 22 coso e o eE E E E E 为0I ，那么透射光的光强 I 为 2 2 4 4 2 202 2 2 2 22 2sin cos 2sin cos cos1 2sin cos 2sin cos 1 2sin21 sin 2 sin2 E E射率 T 为2 201 sin 2 sin2ITI

【参考文献】