连续波Nd：YVO4/LBO稳频倍频红光全固态激光器

论文摘要

激光二极管（LD）泵浦的固体激光器因具有效率高、光束质量好、结构紧凑、寿命长、使用方便等优点而备受大家的青睐。激光二极管泵浦的连续波红光激光器广泛地应用于医疗卫生、科学研究和屏幕彩色显示等领域。尤其是单频运转的红光激光器,以其优良的频率特性和功率稳定性广泛应用于光谱学、相干测量、全息、量子信息等领域。由于1.3um区域激光正好是硅光纤的一个传输窗口,在当今的光纤通讯领域有着广泛的应用,而经过倍频得到的0.65um区域红色激光则在彩色显示,激光医学及作为Cr:LiSAF激光器的抽运源等方面有着重要应用。同时,以波长为671nm的单频红光激光器作为抽运源,通过参量下转换可得到能在光纤中低损耗传输的1.34um纠缠态光场,这将为今后探索量子信息实用化提供一个有效途径。本文利用光纤耦合的激光二极管为抽运源,抽运掺杂浓度为0.3at.%的YVO4-Nd:YVO4复合晶体,采用四镜环形谐振腔和Ⅰ类临界相位匹配LBO晶体进行内腔倍频,在腔中插入TGG晶体和λ/2波片组成的单向器保证激光器单频运转,在抽运功率19W,得到了610mW的单频671nm红光和400mW的单频1342nm红外输出,红光三十分钟内输出功率波动小于±0.6%。自由运转时,基频光（1342nm）1分钟频率漂移为±5MHz,锁定后基频光1分钟频率稳定性优于±1MHz。论文共分四部分:第一章:绪论回顾激光二极管抽运的固体激光器的发展历史、优点,概述红光激光器的发展现状。第二章:LD泵浦固体激光器的理论分析从四能级系统的空间速率方程出发,得到了激光器阈值功率、斜效率和输出功率的表达式。理论研究了激光晶体的热透镜效应,分析了内腔倍频过程的运转原理,考虑了倍频效率与相位匹配的关系,为高功率全固态单频红光激光器的优化设计提供理论基础。第三章:红光激光系统的设计与实现从Nd:YVO4晶体特性出发,阐述了激光晶体复合结构的概念、特性以及优势,并分别从理论和实验上分析了掺杂浓度对激光器输出功率的影响。比较了激光二极管端面泵浦Nd:YVO4晶体和YVO4-Nd:YVO4复合晶体三维温度场分布图,以及单一晶体和复合晶体在抽运功率下产生热形变后的剖面图,进一步验证了复合晶体在消除端面变形所形成的热透镜效应方面的优势。介绍了LBO晶体的特性,从实验上分析了采用不同倍频晶体时671nm激光输出功率与抽运功率的关系。并且分析了两个凹面镜间距离对激光器稳定性条件的影响和激光晶体处振荡光腰斑ω0随两个凹面镜之间距离的变化曲线。最后在实验上实现了610mW的671nm单频红光输出并同时获得了400mW的单频1342nm红外光输出。第四章:总结与展望

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 激光二极管泵浦的固体激光器的发展过程
• 1.2 固体激光器的优点及主要泵浦方式
• 1.3 全固态红光激光器的应用及发展现状
• 1.4 本论文的主要工作
• 第二章 LD泵浦固体激光器的理论分析
• 2.1 四能级系统的理论分析
• 2.1.1 空间速率方程
• 2.1.2 阈值泵浦功率、输出功率、斜效率的表达式
• 2.1.3 晶体的热透镜效应
• 2.2 内腔倍频（SHG）分析
• 2.2.1 内腔倍频介绍
• 2.2.2 内腔倍频理论分析
• 2.2.3 倍频效率与相位匹配
• 第三章 红光激光系统的设计与实现
• 3.1 激光晶体特性及选择
• 3.1.1 复合结构概念及优点
• 3.1.2 复合结构制作方法
• 4-Nd:YVO₄复合晶体的特性及实验研究'>3.1.3 YVO₄-Nd:YVO₄复合晶体的特性及实验研究
• 3.2 倍频晶体特性及选择
• 3.2.1 LBO晶体特性
• 3.2.2 临界相位匹配LBO倍频的实验分析
• 3.3 谐振腔的设计
• 3.4 单频红光激光器的实验装置及实验结果
• 3.5 实验小结
• 第四章 总结与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢