单纵模脉冲式1178nm激光器与新型双波长激光器研究

发布时间：2017-12-23 14:06

  本文关键词：单纵模脉冲式1178nm激光器与新型双波长激光器研究　出处：《山东大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：本论文的研究内容包括两部分,一部分是单纵模1178 nm脉冲激光器的研究；另一部分是双波长固体激光器的研究。1178 nm激光器的研究价值和应用价值,主要体现在其可以通过非线性倍频产生589 nm的钠黄光。钠黄光激光器广泛的应用于医疗、信息存储、激光雷达、大气探测等领域,是激光研究的热门方向之一。特别是,高功率、窄线宽的钠黄光能够有效激发大气层中的钠元素,产生共振荧光,形成“钠导星”,是自适应光学系统不可或缺的组成部分,在天文学和国防军事等领域有重要的应用。随着激光技术的飞速发展,人们开始对激光器的波长提出更多的要求。用一台激光器实现双波长激光输出成为当前热门的研究方向。双波长固体激光器具有结构紧凑、功率稳定、泵浦方式灵活等特点,在医疗、激光测距、光谱分析、全息干涉测量、差分激光雷达、非线性频率变换等领域有广泛的应用。本论文以Nd:GGG晶体作为激光介质,BaWO4晶体作为拉曼介质,通过标准具压缩线宽,研究了单纵模1178 nm拉曼激光输出特性。采用CaWO4晶体作为拉曼介质,进行了单纵模1178 nm晶体拉曼放大器的实验研究。研究了LiF:F2-色心激光器调谐特性,获得了单纵模1178 nm色心激光输出。研究了电光调Q Nd:Glass双波长激光器可调谐激光输出特性。研究了电光调Q Nd:YLF双波长激光器1047 nm和1053 nm激光输出特性。具体研究内容如下：1.研究了LD端面泵浦主动调Q Nd:GGG/BaWO4单纵模1178 nm拉曼激光器输出特性。光纤耦合LD作为泵浦源,工作在准连续模式下,产生重复频率为50 Hz,脉冲宽度为2 ms的宏脉冲。采用四镜耦合腔,基频光和拉曼光分别振荡。在拉曼光谐振腔内插入1.8 mm和15 mm的标准具,获得了单纵模的1178 nm拉曼激光输出。当平均泵浦功率为2.14 W,声光调Q重复频率为20 kHz时,单纵模1178 nm拉曼光的平均功率为30 mW,脉冲宽度为6.2 ns,线宽小于130 MHz。2.研究了CaWO4晶体拉曼放大器对单纵模1178 nm激光的拉曼放大特性。泵浦源为单纵模1064 nm激光器,重频1Hz,最大单脉冲能量800 mJ,脉宽7 ns；种子光为单纵模1178.318 nm连续光,功率为2 W。采用总共12块CaWO4晶体,进行了三级拉曼放大。一级泵浦光单脉冲能量为20.5 mJ时,获得了一级拉曼放大光单脉冲能量为43.7 μJ,脉宽为3.3 ns；二级泵浦光单脉冲能量为80 mJ时,获得了二级拉曼放大光能量为2.02 mJ,脉宽为3.2 ns；三级泵浦光能量为212 mJ时,获得了最大单脉冲能量为26.7 mJ,脉宽为2.9 ns。三级拉曼放大的总的功率放大倍率为4.6×106。用F-P干涉仪测量其线宽小于500 MHz。用KTP作为倍频晶体,得到单纵模的589 nm激光输出,线宽为1.3 GHz。3.研究了LD侧面泵浦Nd:YAG声光调Q 1064 nm激光器泵浦的Littrow光栅调谐LiF：F2-色心激光器。1064 nm激光器为宏-微脉冲模式,宏脉冲重复频率为300 Hz,脉宽为300μs；微脉冲重复频率为50 kHz,脉宽为45 ns；平均功率为2.5W。选用光栅作为LiF:F2色心激光器的调谐元件,利用Littrow结构,实现了LiF:F2色心激光的波长调谐特性。Littrow结构下,色心激光调谐范围是1085 nm-1275 nm,光谱线宽为0.2 nm左右；波长为1155.5 nm时,得到最高平均功率为277 mW。4.研究了LD侧面泵浦Nd:YAG声光调Q 1064 nm激光器泵浦的Littman光栅调谐LiF：F2-色心激光器。用上述同样的1064 nm激光器作为泵浦源,利用Littman光栅作为调谐元件,实现了LiF:F2"色心激光的波长调谐特性。Littman结构下,色心激光调谐范围是1105 nm-1215 nm,光谱线宽为0.04 nm左右；波长为1155.5 nm时,得到最高平均功率为135 mW。5.研究了LD端面泵浦Nd:YVO4声光调Q 1064 nm激光器泵浦的单纵模1178 nmLiF:F2'色心激光器的输出特性。1064 nm激光器为宏-微脉冲模式,宏脉冲重复频率为33.3 Hz,脉宽为3 ms；微脉冲重复频率为30 kHz,脉宽为50 ns；平均功率为0.8 W；基横模输出。LiF:F2色心激光器采用光栅Littman结构调谐,波长调谐范围为1110 nm-1215 nm;光谱线宽小于0.05 nm；调节Littman光栅结构,将输出波长调节到1178.3 nm,此时平均功率为8.8 mW；在腔内加入F-P标准具(厚度15 mm,R1178nm=50%),和1：2.2的扩束镜,得到了稳定的单纵模1178 nm激光输出,用F-P干涉仪观察干涉条纹,确定为单纵模,测量其线宽小于1.5 GHz。6.研究了氙灯泵浦Nd:Glass电光调Q双波长可调谐激光器的输出特性。采用一块钕玻璃作为激光增益介质,腔内置偏振器将随机偏振光分为水平偏振和竖直偏振两路,分别用光栅Littman结构作为调谐和输出元件,实现了双激光波长可调谐输出。在竖直偏振光的谐振腔插入半波片来平衡两路光的能量并实现脉冲时间同步输出。调Q模式下,两路光单独运转时,水平偏振光调谐范围为1050.1 nm-1061.6 nm,竖直偏振光调谐范围是1050.5 nm-1060.2 nm.同时运转时,当水平偏振光波长为1059.1 nm,竖直偏振光的调谐范围为1051.5 nm-1057.5 nm,7.研究了氙灯泵浦Nd:YLF电光调Q双波长激光器的输出特性。两块a切Nd:YLF晶体分别产生偏振方向互相垂直的1047 nm和1053 nm激光,通过腔内偏振片和束,共用一片输出镜获得共线输出。在腔内分别插入窄带滤波器,实现了电光调Q脉冲输出。在时间同步的情况下,1047 nm和1053 nm的最高单脉冲能量分别为66.2 mJ和83.9 mJ,同步输出脉冲宽度为18 ns。本研究论文主要的创新点如下：1.首次实现了单纵模晶体拉曼激光器的稳定运转。采用LD端面泵浦声光调QNd:GGG/BaWO4耦合腔拉曼激光器,组合标准具压缩线宽,获得单纵模1178 nm拉曼激光输出,线宽小于130 MHz,占空比1：10情况下,单纵模1178 nm拉曼光平均功率为30 mW,重复频率为20 kHz,脉冲宽度为6.2 ns。2. 首次实现了单纵模1178 nm晶体拉曼放大器。采用CaWO4晶体作为拉曼介质,设计了三级晶体拉曼放大系统,获得了最大单脉冲能量为26.7 mJ的单纵模1178 nm拉曼放大激光输出,脉冲宽度为2.9 ns,总功率放大倍率为4.6×106倍；线宽小于500 MHz。3.研究了LD侧泵声光调QNd:YAG 1064 nm激光器泵浦LiF:F2色心激光器的激光特性,获得了50 kHz高重频可调谐LiF：F2-色心激光输出。Littrow光栅调谐波长范围为1085 nm-1275 nm,光谱线宽为0.2 nm左右；Littman光栅调谐波长范围为1105nm-1215 nm,光谱线宽为0.04 nm左右。4.首次研究了LD端泵Nd:YVO4声光调Q 1064 nm激光器泵浦LiF:F2-色心激光器单纵模1178 nm激光输出特性。采用光栅Littman结构调谐,腔内加入F-P标准具和扩束镜压缩线宽,获得了稳定的单纵模1178 nm激光输出,线宽小于1.5 GHz。5.首次研究了氙灯泵浦电光调QNd:Glass激光器双波长可调谐输出特性。使用一块钕玻璃作激光介质,偏振器分束,双光栅调谐输出,获得了两路偏振光的波长可调谐输出,水平和竖直偏振光的波长调谐范围分别为1050.1 nm-1061.6 nm和1050.5 nm-1060.2 nm。当水平偏振光波长为1059.1 nm,竖直偏振光的调谐范围为1051.5 nm-1057.5 nm。6.首次研究了氙灯泵浦电光调Q双Nd:YLF双波长激光输出特性。两块Nd:YLF晶体分别产生正交偏振的1047 nm和1053 nm的激光,通过腔内偏振片和束,共线输出,腔内插入窄带滤波片实现双波长电光调Q,获得单脉冲能量分别为66.2 mJ和83.9mJ,脉宽为18 ns。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN248
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本文编号：1324172