高平均功率全固态脉冲和频钠信标激光器技术研究
发布时间：2022-01-26 20:34
高平均功率全固态脉冲和频钠信标激光器具有平均功率高、线宽可调谐展宽、重频长脉冲工作、结构紧凑等特点,与钠层原子相互作用时存在饱和阈值高、后向共振回光强、信噪比高等优势,是人造激光导引星全季节全天时应用化问题的有效解决方案。研究高性能钠信标激光器不仅可以为人类的天文学高分辨观测和成像提供重要的科学工具,而且还有助于促进先进全固态激光器技术的进步和发展。本论文从钠信标产生原理出发,对高平均功率全固态脉冲和频钠信标激光器的腔外和频物理过程、基频激光产生与放大、调制纵模的光谱特性等进行了深入的研究和探索,主要研究内容和创新点如下:1.针对实际高平均功率激光系统中高阶高斯光束聚焦光斑、入射激光任意功率配比、存在热致相位失配的大信号和频过程,建立了高平均功率高斯光束高效率和频理论模型（简称三高和频理论模型）,突破了已有理论的局限性。提出采取有限元与龙格-库塔方法对该模型进行数值求解,并计算获得了晶体长度、束腰半径、吸收系数、总入射功率、光束质量等参数对和频转换效率的影响关系。基于三高和频理论模型,提出了一束1064nm强光与一束1319nm弱光非匹配性注入三硼酸锂（LBO）晶体和频实现高平均功率5...
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?ＵＢＣ雷达探测的夜间钠层动态分布??
态可以分裂为四种方式Ｆ＝０、１、２、３，因此Ｄ２线的强度是匕线的两倍。这些上??能级的超精细分裂比基态的超精细分裂要少得多。??钠原子Ｄ线能级图如图１．３所示［２６，２７］，图中从左至右按照逐步细化的关系分??别给出了“Ｂｏｈｒ”模型、钠Ｄ线精细结构、钠Ｄ２线超精细结构。根据选择定则，??只有ＡＦ＝－１、０或１的跃迁是允许的。每个超精细能级有（２Ｊ＋１）个磁能级态，??这些磁能级态进一步引入了能级间跃迁的选择定则。这些态的原子数取决于光的??偏振态，对于线偏振光，原子的吸收需要满足ｚ！Ｍ＝０，且两个Ｍ＝０之间的跃迁被??禁止。如果圆偏振光照射至原子，则只有ｚ（Ｍ＝±ｌ的跃迁是允许的（正负号取决??于激光是左旋或是右旋）。??－４－??
＇??图１．３钠原子Ｄ吸收线能级与Ｄ２线超精细鋼??由图１．３可知，钠原子Ｄ２线包含Ｄ２ａ与Ｄ２ｂ双线，两者波长分别对应??５８９．１５９０８ｎｍ和５８９．１５７０９ｎｍ，相差约２ｐｍ，对应频率间隔约１．７ＧＨｚ。钠原子上??能级的自然寿命（如果原子被一个非常短的脉冲激发，寿命定义为电场幅度衰减??为１／ｅ的时间）为１６．１ｎｓ，计算得到０Ｋ时自然线宽半峰全宽（ＦＷＨＭ）值为１０ＭＨｚ。??而由于大气中间层钠原子的多普勒展宽效应（平均温度按２００Ｋ考虑），Ｄ２ａ线与??Ｄ２ｂ线均被展宽为ＦＷＨＭ约１．１ＧＨｚ的高斯线型（每个钠原子速度群的光谱带宽为??１０ＭＨｚ），因此钠原子Ｄ２线呈现为频率间隔约１．７ＧＨｚ的两个高斯峰叠加而成的双??驼峰结构，如图１．４所示ｔ２８］，其中Ｄ２ａ线峰值吸收截面约为ｌ．ＯＸｌＯ４１?ｃｍ２，?Ｄ２ｂ??线峰值是其３／５倍。??Ｘ１０＇１２??１〇．〇?Ｉ?Ｉ?１?ＴＴ?１?｜?１?Ｉ?＇?１??卜八?—??ｉ：／Ｖ＼?：??〇?■＾＾?Ｉ?＞?ｉ．ｉ．ｉ．?．??－２．０?－１．５?－１．０?－０．５?０．０?０．５?１．０?１．５?２，０?２．５?３．０?３．５?４．０??Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?Ｏｆｆｓｅｔ?（ＧＨｚ）??图１．４钠原子Ｄ２吸收线光谱图??为此
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光钠导引星技术研究进展[J]. 许祖彦,薄勇,彭钦军,张雨东,魏凯,薛随建,冯麓. 红外与激光工程. 2016(01)
[2]基于扭转模腔的全固态单纵模拉曼黄光激光器设计[J]. 李小丽,谈宜东,杨昌喜,张书练. 光学学报. 2014(12)
[3]33 W quasi-continuous-wave narrow-band sodium D2a laser by sum-frequency generation in LBO[J]. 王鹏远,谢仕永,薄勇,王保山,左军卫,王志超,申玉,张丰丰,魏凯,晋凯,徐一汀,许家林,彭钦军,张景园,雷文强,崔大复,张雨东,许祖彦. Chinese Physics B. 2014(09)
[4]宏-微脉冲激光激发钠信标回波光子数的数值模拟[J]. 刘向远,钱仙妹,黄宏华,李玉杰,饶瑞中. 中国激光. 2014(06)
[5]激光钠信标荧光回波光子数的影响因素及其数值模拟[J]. 刘向远,钱仙妹,刘丹丹,黄宏华,饶瑞中. 中国激光. 2013(06)
[6]340mJ全固态钠信标激光器[J]. 鲁燕华,谢刚,庞毓,张雷,苏毅,张卫,唐淳,王卫民,高清松,万敏,高松信,李楠,许晓小,黄园芳,魏彬,田英华,石勇,杨开华. 中国激光. 2012(07)
[7]30W级第二代钠信标激光器研究[J]. 许祖彦,谢仕永,薄勇,左军卫,王保山,王鹏远,王志超,刘苑,徐一汀,许家林,彭钦军,崔大复. 光学学报. 2011(09)
[8]基于DSHI的窄线宽光纤激光器线宽测量[J]. 肖华菊,王翔,马云,张洁. 光电工程. 2010(08)
[9]高效率PPSLT准相位匹配和频钠导星激光器[J]. 鲁燕华,张雷,马毅,刘东,唐淳,王卫民,高松信,魏彬. 光学学报. 2010(08)
[10]外腔式BaWO4拉曼激光器[J]. 王正平,胡大伟,张怀金,程秀凤,于浩海,许心光,王继扬,邵宗书. 红外与激光工程. 2009(04)
硕士论文
[1]Nd:YAG1064nm/1319nm双波长激光器研究[D]. 郑伟.长春理工大学 2011
本文编号：3611129
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?ＵＢＣ雷达探测的夜间钠层动态分布??
态可以分裂为四种方式Ｆ＝０、１、２、３，因此Ｄ２线的强度是匕线的两倍。这些上??能级的超精细分裂比基态的超精细分裂要少得多。??钠原子Ｄ线能级图如图１．３所示［２６，２７］，图中从左至右按照逐步细化的关系分??别给出了“Ｂｏｈｒ”模型、钠Ｄ线精细结构、钠Ｄ２线超精细结构。根据选择定则，??只有ＡＦ＝－１、０或１的跃迁是允许的。每个超精细能级有（２Ｊ＋１）个磁能级态，??这些磁能级态进一步引入了能级间跃迁的选择定则。这些态的原子数取决于光的??偏振态，对于线偏振光，原子的吸收需要满足ｚ！Ｍ＝０，且两个Ｍ＝０之间的跃迁被??禁止。如果圆偏振光照射至原子，则只有ｚ（Ｍ＝±ｌ的跃迁是允许的（正负号取决??于激光是左旋或是右旋）。??－４－??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]激光钠导引星技术研究进展[J]. 许祖彦,薄勇,彭钦军,张雨东,魏凯,薛随建,冯麓. 红外与激光工程. 2016(01)
[2]基于扭转模腔的全固态单纵模拉曼黄光激光器设计[J]. 李小丽,谈宜东,杨昌喜,张书练. 光学学报. 2014(12)
[3]33 W quasi-continuous-wave narrow-band sodium D2a laser by sum-frequency generation in LBO[J]. 王鹏远,谢仕永,薄勇,王保山,左军卫,王志超,申玉,张丰丰,魏凯,晋凯,徐一汀,许家林,彭钦军,张景园,雷文强,崔大复,张雨东,许祖彦. Chinese Physics B. 2014(09)
[4]宏-微脉冲激光激发钠信标回波光子数的数值模拟[J]. 刘向远,钱仙妹,黄宏华,李玉杰,饶瑞中. 中国激光. 2014(06)
[5]激光钠信标荧光回波光子数的影响因素及其数值模拟[J]. 刘向远,钱仙妹,刘丹丹,黄宏华,饶瑞中. 中国激光. 2013(06)
[6]340mJ全固态钠信标激光器[J]. 鲁燕华,谢刚,庞毓,张雷,苏毅,张卫,唐淳,王卫民,高清松,万敏,高松信,李楠,许晓小,黄园芳,魏彬,田英华,石勇,杨开华. 中国激光. 2012(07)
[7]30W级第二代钠信标激光器研究[J]. 许祖彦,谢仕永,薄勇,左军卫,王保山,王鹏远,王志超,刘苑,徐一汀,许家林,彭钦军,崔大复. 光学学报. 2011(09)
[8]基于DSHI的窄线宽光纤激光器线宽测量[J]. 肖华菊,王翔,马云,张洁. 光电工程. 2010(08)
[9]高效率PPSLT准相位匹配和频钠导星激光器[J]. 鲁燕华,张雷,马毅,刘东,唐淳,王卫民,高松信,魏彬. 光学学报. 2010(08)
[10]外腔式BaWO4拉曼激光器[J]. 王正平,胡大伟,张怀金,程秀凤,于浩海,许心光,王继扬,邵宗书. 红外与激光工程. 2009(04)
硕士论文
[1]Nd:YAG1064nm/1319nm双波长激光器研究[D]. 郑伟.长春理工大学 2011
本文编号：3611129
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