刘晔[1]2000年在《LD泵浦的固体腔内倍频激光器的研究》文中研究表明激光二极管泵浦的固体激光器（DPSL）及其有关的理论和技术是目前激光发展的一个重要方向。本论文紧密围绕DPSL的特性进行了一定的理论和实验研究。 在理论部分，首先从四能级系统的理论出发，得到了近阈值条件和强泵浦条件下的输出功率和斜效率的表达式，并详细讨论了泵光聚焦位置，泵浦光和振荡光的光斑大小、椭圆度等空间变量对输出特性的影响。针对实际常见的准三能级系统，首次得到了其输出特性的解析表达式，讨论了泵浦光和振荡光的光斑大小、晶体长度、输出镜透过率的影响，为实验的优化设计提供了理论根据。 在实验部分，首先采用两个连续LD通过准直、整形和聚焦后泵浦Nd：YAG激光介质，用KTP作倍频晶体，采用平凹腔的设计，得到了260mW的绿光输出，分别测定了在不同腔长下的输出功率，得到的结论是在长腔（L→R）或超短腔长时能得到较大的倍频输出，与理论分析吻合较好。另外，采用Nd：YVO_4为激光介质，测定了它的吸收光谱和偏振方向，用一个LD泵浦，分别采用面对面的直接紧贴泵浦技术和经过准直、整形、聚焦系统，得到了240mW和130mW的绿光输出。制成了可供实用的微型DPSL倍频激光器。
赵欣[2]2006年在《LD端面泵浦Nd：YAG激光器的研究》文中研究指明本文主要介绍了激光二极管(LD)端面泵浦Nd:YAG晶体激光器的研究本文首先就LD泵浦大功率激光器的发展历程作了简要介绍,并且对当前的研究水平、应用现状以及今后的发展趋势作了综述。第二章对激光二极管(LD)泵浦激光晶体以及Nd:YAG晶体特性作了详细的阐述。第三章对激光二极管(LD)端面泵浦Nd:YAG激光器的工作原理进行了介绍,并且,我们对1319nm单波长运转条件进行了数学分析,得到“1319nm单波长运转区域图”,该图描述了1319nm单波长运转时输出镜对1319nm和1338nm光波透过率所应满足的关系。根据该理论的指导,在第四章里介绍了激光二极管(LD)端面泵浦Nd:YAG晶体激光器实现1319nm单波长运转的实验。第五章,在第四章实验的基础上继续进行了激光二极管(LD)端面泵浦Nd:YAG 946nm激光器的研究。并对连续以及准连续946nm激光器的实验进行了详细的阐述。本文的创新点是:(1)在实验中以镀膜方法抑制1338nm光波实现1319nm光波单波长运转。由于对波长接近的光波通过镀膜的方法对其一进行抑制有一定难度,因此目前但还没有见到通过对腔镜镀选择性介质膜的方法抑制1338nm光波获得1319nm单波长运转的报道。(2)在实验中获得了端面泵浦Nd:YAG晶体1319nm单波长激光器的国内外最高输出。以往的报道以侧面泵浦产生1319nm单波长运转的研究居多。但是端面泵浦可以弥补侧面泵浦的很多缺陷。比如他具有体积小、重量轻、可靠性高、泵浦效率高的特点。(3)在理论上本文给出了对镀膜透过率的定量的分析。由于1338nm和1319nm两个波长非常接近,因此有必要对腔镜镀膜透过率进行严格的分析,以便能达到实际镀膜工艺水平的要求。在以往的文献里,我们没有见到就该问题的详细阐述和数学分析。
丛振华[3]2011年在《腔内倍频固体拉曼激光器及新型锁模激光器的研究》文中研究指明受激拉曼散射(SRS)是一种三阶的非线性效应,是实现激光频率变换一种有效方法。固体拉曼激光器是利用现有激光光源和晶体中的受激拉曼散射效应,产生新激光谱线的一种激光器。产生的拉曼散射光的频率由泵浦光的波长及拉曼介质本身决定,通过选择不同波长的泵浦光和拉曼介质,散射光的光谱可遍及紫外到近红外的范围。近年来,随着固体拉曼材料生长技术的发展,出现了许多优秀的拉曼晶体。全固态拉曼激光器也成为当前的一个研究热点,以其结构紧凑、效率高、稳定性好等优点吸引了广泛的关注,在信息、交通、医疗、测量和国防等领域都有重要的应用。腔内倍频固体拉曼激光器是利用倍频晶体将产生的一阶拉曼散射光倍频,产生波长在560-600 nm范围的一类激光器,是固体拉曼激光器的一个重要用途。产生的橙黄波段的激光在生物医学、医疗美容、食品药品检测、信息存储、通讯、军工、大气遥感等方面有广泛的应用。由于常用的掺钕激光材料很难产生高效运转于1120nm-1200 nm的激光,因而该波段的激光很难通过直接倍频掺钕材料激光器的方法来产生。利用晶体的受激拉曼散射效应将激光二极管泵浦掺Nd材料得到的1.06μm附近激光转换为1.18μtm附近激光,再进行倍频,可以得到该波段激光的有效输出,这一方法已成为目前获得该波段激光的重要手段。随着对激光技术的深入研究,人们在追求更多激光波长的同时,人们也注重时域上的超短脉冲的研究。超短激光脉冲具有脉冲宽度窄,峰值功率高,光谱宽等优点,在国防、核聚变、激光测量、非线性频率变换、医疗诊断、激光切割、激光雷达等领域,具有巨大的经济价值。通过在腔内插入饱和吸收体的被动锁模技术是目前获得fs或ps超短脉冲的一种重要方法。本论文以Nd:YAG作为激光介质,分别研究了SrWO4、BaWO4、GdVO4及KLu(WO4)2的拉曼特性。并采用KTP作为倍频晶体通过腔内倍频拉曼激光器的方式获得了589 nm附近黄光的高效率输出。研究了以SESAM做饱和吸收体的Nd:CYA, Nd:LSO及Nd:LYSO的锁模激光特性。研究了使用graphene做饱和吸收体的掺Er光纤锁模激光器的激光特性。具体的研究内容如下：1.研究了以Nd:YAG透明陶瓷做激光介质,SrWO4晶体做拉曼介质,KTP晶体做倍频介质,主动调Q的倍频拉曼激光器在589 nm波长的高效运转。采用三镜耦合腔,当泵浦功率为16.2 W,脉冲重复率为20 kHz时,获得了平均输出功率为2.93 W的590 nm黄光,对应的从LD到黄光的光—光转换效率为18.1%。2.研究了LD端面泵浦的内腔式主动调Q Nd:YAG/BaWO4拉曼激光的激光特性,获得了1.92 W的1180 nm激光输出,对应的从LD到拉曼光的光-光转换效率为20.9%。以KTP晶体做倍频介质,采用腔内倍频拉曼激光器的方式,实现了590 nm激光的高效运转,获得了平均输出功率为2.83 W的590 nm黄光,对应的从LD到黄光的光—光转换效率为17.9%。采用LD侧面泵浦的Nd:YAG/BaWO4/KTP倍频拉曼激光获得了平均输出功率为8.3 W的黄光,对应的光—光转换效率为6.57%。3.研究了LD端面泵浦的Nd:YAG/GdVO4主动调Q内腔式拉曼激光器的激光特性。当泵浦功率为7.44 W,脉冲重复频率为20 kHz时,获得了平均功率为1.3 W的1174nm一阶拉曼光,对应的光-光转换效率为17.4%。将Nd:YAG/GdVO4内腔拉曼激光器与Nd:GdVO4自拉曼激光器进行比较,结果表明在相同泵浦功率和脉冲重复频率条件下Nd:YAG/GdVO4内腔式拉曼激光器可以获得更高的最大平均输出功率和转换效率。4.研究了LD端面泵浦的主动调Q内腔式Nd:YAG/KLu(WO4)2拉曼激光器的激光特性。使用一块c切KLu(WO4)2晶体做拉曼介质,获得了2.5 W的1178 nm拉曼光,对应的光—光转换效率为20.1%。使用一块b切KLu(WO4)2晶体做拉曼介质时,获得了包括1064 nm基频光,1074 nm,1085 nm,1095 nm,1106 nm,1117 nm,1128 nm,1139 nm,1151 nm和1163 nm分别对应于88 cm-1拉曼频移的一至九阶斯托克斯散射光；对应于757 cm-1拉曼频移的1157 nm,1169 nm和1182nm激光以及对应于907 cm-1拉曼频移的1178 nm拉曼光共14个波长同时输出。5.研究了以Nd:CYA晶体做激光介质的连续激光特性和被动锁模特性。使用SESAM做饱和吸收体,首次实现了Nd:CYA在1080 nm的稳定连续锁模运转。采用V型腔时,当吸收的泵浦功率为13 W时,获得了2.25 W的锁模脉冲；脉冲宽度为3.9 ps,光谱宽度为0.6nm。6.研究了LD泵浦的Nd:LSO晶体的连续激光特性,并首次实现了Nd:LSO晶体在1074.8 nm的连续锁模运转。使用SESAM做饱和吸收体,采用V型腔,当吸收的泵浦功率为14.5 W时,获得了1.42 W的稳定的1074.8 nm连续锁模脉冲,脉冲宽度为12.3 ps,光谱宽度为0.22 nm。7.研究了LD泵浦的Nd:LYSO晶体的连续激光特性,并首次实现了Nd:LYSO晶体的双波长连续锁模运转。采用SESAM做饱和吸收体,采用V型腔,实现了1075.8nm和1078.1 nm的双波长同步锁模输出,当吸收的泵浦功率为12.7 W时,所获得的最大稳定锁模激光的输出功率为1.7 W,锁模脉冲宽度为8.9 ps。对双波长同步锁模现象进行了简单的理论模拟,理论结果与实验结果基本一致。8.在掺Er光纤激光器的环形腔中,使用graphene作为饱和吸收体,对1550 nm附近的激光进行调制,获得了稳定的连续锁模激光脉冲。当使用一个～11.4 m长的正色散环形腔时,获得了20.25 MHz的高重复率,脉冲宽度从1.7 ns到7.2 ns连续可调的纳秒方形锁模脉冲。并在使用graphene作为饱和吸收体的掺Er光纤锁模激光器中,得到了Noise-Like锁模态,测得的脉冲宽度为311 fs,3dB光谱带宽约为14 nm。本研究论文主要创新点如下：1.研究和优化设计了LD端面泵浦KTP腔内倍频Nd:YAG/SrWO4主动调Q拉曼激光器,当泵浦功率为16.2 W,脉冲重复率为20 kHz时,获得了平均输出功率为2.93W的590 nm黄光,对应的从LD到黄光的光—光转换效率为18.1%,为当时倍频调Q拉曼激光器中的最高转换效率。采用LD侧面泵浦的Nd:YAG/BaWO4/KTP倍频拉曼激光获得了平均输出功率为8.3 W的黄光,对应的光—光转换效率为6.57%。该结果为目前报道的晶体倍频调Q拉曼激光器的最高功率。2.首次研究了LD泵浦主动调Q内腔式Nd:YAG/KLu(WO4)2拉曼激光器的激光特性。使用一块c切KLu(WO4)2晶体做拉曼介质,获得了2.5 W的1178 nm拉曼光,对应的光一光转换效率为20.1%。使用一块b切KLu(WO4)2晶体做拉曼介质时,获得了包括1064 nm基频光,1074 nm,1085 nm,1095 nm,1106 nm,1117 nm,1128 nm,1139 nm,1151 nm和1163 nm分别对应于88 cm-1拉曼频移的一至九阶斯托克斯散射光；对应于757 cm-1拉曼频移的1157 nm,1169 nm和1182 nm激光以及对应于907 cm-1拉曼频移的1178nm拉曼光共14个波长同时输出。3.首次研究了Nd:CYA,Nd:LSO和Nd:LYSO晶体的被动锁模激光特性。使用SESAM做饱和吸收体,Nd:CYA做激光介质,获得了2.25 W的1080 nm的锁模脉冲,脉冲宽度为3.9 ps；使用Nd:LSO做激光介质,获得了1.42W的稳定的1074.8 nm连续锁模脉冲,脉冲宽度为12.3 ps；使用Nd:LYSO做激光介质,实现了1075.8 nm和1078.1 nm的双波长同步锁模输出。4.在掺Er光纤激光器中,使用graphene作为饱和吸收体,首次研究了了20.25 MHz的高重复率,脉冲宽度从1.7 ns到7.2 ns连续可调的纳秒方形锁模脉冲。并首次得到了使用graphene作为饱和吸收体的Noise-Like锁模态,测得的脉冲宽度为311fs,3dB光谱带宽约为14nm。
于学丽[4]2018年在《560nm固体拉曼和频黄绿光激光器理论与实验研究》文中研究指明560~600nm波段的黄光激光在生物遗传、激光医疗、大气探测、信息存储等领域都有重要应用,其中560nm的黄绿光作为人眼最敏感的可见光波长,在临床医疗、图像和数据显示、空间探测识别、地理勘测、信号传递等方面的有特殊意义,目前黄绿激光已经应用于皮肤方面的治疗。受激拉曼散射效应(Stimulated Raman Scattering,SRS)是一种获得新的激光谱线的的有效方法。近年来,随着优良拉曼晶体的出现,全固态拉曼激光器以其简洁紧凑的结构、良好的机械性能和热学性能等优点成为目前激光器研究领域的一个热点,发展十分迅速。利用和频晶体把拉曼激光器产生的拉曼光与基频光进行和频得到黄光的输出是目前获得黄光激光的重要途径。拉曼和频黄光激光器具有结构紧凑、转换效率高、性能稳定等优点。输出的和频光具有脉冲窄,能量高的特点。这些优势使得拉曼和频黄光激光器得到了广泛关注,并在近年来取得了较大的进展。理论方面,推导了主动调Q内腔式拉曼和频激光器的速率方程组,在对其归一化后得到七个综合参量k_(ls),?,K_(sp),N,M,F,K。数值计算模拟了各综合参量的改变对和频光脉冲峰值功率、单脉冲能量及脉冲宽度的影响,最终得到在一定的数值范围内,归一化初始反转粒子数密度N、和频因子F、归一化拉曼增益系数M和损耗因子K之间相互约束,存在最优匹配取值。为实现脉冲峰值功率和单脉冲能量的最大,对F和M、F和K、M和K进行匹配关系拟合,结果显示它们之间大体上呈现线性匹配关系,这体现在实验中基本上为和频晶体长度,拉曼晶体长度和输出镜对拉曼光的反射率之间的参数值匹配,此结论可对具体实验进行数值分析来优化实验设置以实现和频光的输出最佳。实验方面,首先研究了被动调Q内腔式拉曼激光器的性能,采用平凹腔结构,Nd:YAG晶体作为激光增益介质,SrWO_4晶体作为拉曼活性介质,Cr~(4+):YAG作为被动调Q晶体进行实验,在理论计算的指导下,不断优化饱和吸收体的初始透过率、输出镜对拉曼光的反射率、腔长等各项参数,得到在饱和吸收体的初始透过率为96%,拉曼输出镜的反射率为75%@1178nm,输入泵浦功率为3.92W时,输出的最大拉曼光功率达到0.79W,此时拉曼转换效率高达20.4%,调Q脉冲的重复率为38.6kHz,脉宽为20ns左右。这是目前已知LD泵浦被动调Q Nd:YAG/Cr~(4+):YAG/SrWO_4拉曼激光器的最大转换效率。然后,对LD泵浦被动调Q内腔式拉曼和频黄绿光激光器进行了相应的研究,使用KTP作为和频晶体,考虑基频光与拉曼光的偏振关系、能量关系和脉冲同步等问题进行合理的腔参数设置与偏振设置,得到560nm被动调Q内腔式和频拉曼黄绿光激光的输出,通过调节谐振腔与偏振角度,我们得到当输入泵浦功率为4.18W时,输出的最大和频光功率达到0.101W,光光转换效率达到2.4%,脉冲宽度为10ns左右。
皇甫军强[5]2016年在《全固体腔内和频拉曼黄光激光器理论与实验研究》文中进行了进一步梳理受激拉曼散射(SRS)的发现,提供了一种生成不同频率的激光的输出方法,是一种非线性的方法。近年来对拉曼激光器的研究依然很受关注,尤其是在当前晶体生长技术的发展下,发现了许多性能优良的拉曼晶体,对受激拉曼散射的进一步研究提供了可能。对不同的泵浦光以及拉曼晶体的选择,使拉曼激光器产生一阶斯托克斯光的波长范围可以囊括从紫色波长到近红外波长。全固态拉曼激光器的研究如今已成为十分吸引研究者的前沿领域,其具有结构简单、组成紧凑、效率较高、不易受外界干扰的优点,在交通、通信、医学、测绘及国防等领域有极其重要的用途。560nm~600nm波段的黄绿光是多用途的一类激光,在藻红蛋白标记、生物免疫检测、医疗器械应用、生物化学科技等很多方面有着这重要的应用,其中560nm波段的激光已得到广泛应用。如何有效获得该段波长的激光一直是广大激光研究者的主要攻克方向,倍频(SHG)与和频(SFG)是两种获得黄绿光波段激光的有效途径。1120nm~1200nm波段的激光由激光材料来产生是特别困难的,使得560nm~600nm波段的激光由直接倍频来产生是很不容易的。因而拉曼光的产生显得就特别重要,其为倍频与和频产生黄绿光提供了可能。本论文首先介绍了相关全固体拉曼激光器的分类及研究现状和和频拉曼黄光激光器的研究情况,简单叙述了拉曼晶体及主要和频晶体。本论文以激光器速率方程为理论研究工具,分别推导出了被动调Q腔内和频拉曼激光器和主动调Q腔内和频拉曼激光器的速率方程,并分别进行了归一化处理,得到归一化的各个综合参数,然后运用常见晶体的参数,分别研究了各综合参数的恰当取值,并在适当取值下,进行了数值模拟,深入细致的研究了综合影响参量对输出激光脉冲的影响,模拟结果可以指导实验设计。基于理论研究,设计了二极管激光泵浦被动调Q拉曼激光器的实验。选用了当前常用的SrWO4拉曼活性介质,得到相应二极管激光泵浦被动调Q拉曼激光器的拉曼光输出。在输入泵浦激光功率4.12W时,得到的最大拉曼光输出功率达到了0.724W,拉曼转换的效率高达17.5%。这一实验结果非常好的反映了Sr WO4的优良拉曼特性。对影响拉曼光输出的各种激光器器件参数进行了研究,包括输入镜曲率半径、饱和吸收体初始透过率及输出镜对拉曼光的反射率等。本论文还就KTP晶体的和频性质进行了研究,设计出了被动调Q内腔式和频拉曼黄光激光器,并成功获得了黄绿光的输出,在输入泵浦功率4.12W时,获得的最大和频黄光输出达到0.109W,转换的效率为2.64%,脉宽为6.5ns。和频光的单脉冲能量为19.9?J,峰值功率为3.06kW。
张姗[6]2008年在《基于旋光色散效应的石英晶体旋光光学滤波器》文中研究指明旋光光学滤波器是一种重要的光学调谐元件,它是由n个旋光角的比值为1:2:4:8:……:2~(n-1)的旋光器依次放置在n+1个方位角成比例的偏振片之间构成,只需通过改变滤波器中每级出射偏振片的方位角就可以对出射光进行调谐。这种滤波器具有制作方便,价格低廉,透射率高且没有使用波段限制等优点。本文在对国外有关旋光光学滤波器的研究状况进行充分调研之后,利用具有旋光色散特性的石英晶体作为滤波器中的旋光器,对石英晶体旋光光学滤波器进行了研究。分析了这种新型石英晶体旋光光学滤波器的滤波原理;从石英晶体旋光光学滤波器的透射比公式入手,推导出用于描述石英晶体旋光光学滤波器滤波效果的各个特征参量的计算公式;从理论和实验上研究了影响单级和多级石英晶体旋光光学滤波器滤波效果的各个因素,为制备性能优良的新型石英晶体旋光光学滤波器进行了探索性的研究。全文主要包括以下几个部分。第一章序论部分。对光学滤波片的发展以及旋光光学滤波器的研究现状进行了概述,并对本论文的工作进行了说明。第二章各种滤光片的基本理论部分。对用于描述滤光片滤波性能的特征参量和滤光片的分类进行了简单介绍,并详细介绍了几种典型滤光片的滤波原理。论文的第三章和第四章是本文的核心部分,也是本论文的创新点。第三章对石英晶体旋光光学滤波器的滤波原理进行了详细的研究。在本章中我们首先分析了石英晶体的旋光色散效应;推导出单级和多级石英晶体的透射比公式,做出透射曲线。通过透射曲线我们可以看出:多级石英晶体旋光光学滤波器的透射主峰波长和自由光谱范围由最薄石英晶体决定,通带半宽度由最厚石英晶体决定。然后从单级和多级石英晶体旋光光学滤波器的透射比公式入手推导出了用于描述滤波器滤波性能的各个特征参量(透射主峰波长、自由光谱范围、通带半宽度)的计算公式,通过公式可以看出,特征参量的值与滤波器的级数和滤波器中最薄石英的厚度存在直接的联系。因此对于确定的滤波器设计(已知n、d_1)我们可以计算出各个特征参量的值,进而描述滤波器的滤波效果。而对于一定的滤波要求(透射主峰波长、自由光谱范围、通带半高宽)也可以设计出相应的滤波器。最后针对倍频技术中存在的问题,设计了一种用于倍频激光的晶体旋光光学滤波器;分析了其滤波原理,并对石英晶体的厚度误差对滤波器滤波性能的影响进行了讨论,证明石英晶体的厚度误差对滤波效果的影响不大,是一种用于倍频激光的理想滤波器。第四章是石英晶体旋光光学滤波器性能测试。在本章中我们首先对石英晶体、偏光镜和光学胶合剂的透射光谱进行了测量。然后按照石英晶体旋光光学滤波器的设计原理,加工制作了不同厚度和厚度比的单级和多级石英晶体旋光光学滤波器,测量其透射曲线。通过将实验透射曲线和理论曲线以及计算公式的计算结果进行比较,证明了我们对滤波器性能的理论分析及公式的正确性。在实验的过程中我们还发现滤波器中石英晶体的厚度比是一个影响滤波器滤波效果的重要因素。最后针对1064nm和1181nm光的腔外二倍频设计制作了用于倍频激光的石英晶体旋光滤波器,并对其滤波效果进行了测量,结果证明滤波后,出射光中已显示不出基频光的存在,保证了倍频激光的单色性。此外,我们还介绍了实验中所用仪器——岛津UV-3101PC分光光度计的基本结构和工作原理,并且设计了一种用于测量石英晶体光轴方向厚度的光谱测量方法。这种方法大大提高了测量精度,进而保证了滤波器的滤波效果且不会对晶体表面造成损伤。通过误差分析得出了提高测量精度的方法,为测试结果的可靠性提供了保证。
参考文献：
[1]. LD泵浦的固体腔内倍频激光器的研究[D]. 刘晔. 北京工业大学. 2000
[2]. LD端面泵浦Nd：YAG激光器的研究[D]. 赵欣. 天津大学. 2006
[3]. 腔内倍频固体拉曼激光器及新型锁模激光器的研究[D]. 丛振华. 山东大学. 2011
[4]. 560nm固体拉曼和频黄绿光激光器理论与实验研究[D]. 于学丽. 烟台大学. 2018
[5]. 全固体腔内和频拉曼黄光激光器理论与实验研究[D]. 皇甫军强. 烟台大学. 2016
[6]. 基于旋光色散效应的石英晶体旋光光学滤波器[D]. 张姗. 曲阜师范大学. 2008
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