LD端面泵浦Nd：YVO4/LBO单频671nm激光器

论文摘要

激光二极管（LD）泵浦的固体激光器具有效率高、光束质量好、结构紧凑、寿命长等优点，在军事、医学、科研等领域具有广泛的用途。尤其是其单频运转，在光谱学、相干测量、全息等领域有广泛的应用。其中，全固态红光激光器的研究得到了国内外的广泛关注。随着晶体生长技术和半导体技术的发展，它在彩显、医疗、光存储和作为可调谐Cr：LiSAF激光器泵浦源等方面的广泛用途受到了重视。而且，1.3μm区域激光由于与硅光纤传输窗口符合而有非常广泛的应用前景。利用波长为671nm的单频红光激光器，通过参量下转换得到光纤中低损耗传输的1.34μm纠缠源将是今后探索量子信息实用化的一个有效途径。本文对LD端面泵浦Nd：YVO4晶体、LBO晶体内腔倍频获得671nm单频红光进行了系统的理论分析和实验研究。利用半导体激光器（LD）端面抽运位于四镜环行腔中的Nd：YVO4晶体，保证激光器单频运转的腔内光学单向器由TGG和λ／2波片构成；腔内倍频晶体选用Ⅰ类临界相位匹配LBO晶体。在16W泵浦时，我们获得了输出功率为360mW，1小时内功率波动小于±1.0％，1分钟内基频光（1342nm）的频率漂移优于±4.7MHz，波长为671nm的单频红光。论文共分四部分：第一章：绪论回顾LD泵浦固体激光器的发展历史、研究现状及发展趋势，概述了红光固体激光器的发展现状。第二章：LBO内腔倍频的理论分析与计算对红光的倍频产生进行了理论分析，考虑到倍频效率与相位匹配的关系，分别介绍了Ⅰ类与Ⅱ类相位匹配、临界与非临界相位匹配的区别，指出了与非临界相位匹配的倍频过程相比，临界相位匹配中产生的走离效应对倍频效率的影响。综合各种因素给出了选择Ⅰ类临界相位匹配LBO作为倍频晶体的结论。最后，介绍了倍频晶体LBO的物理与非线性特性，并对Ⅰ类临界相位匹配LBO晶体的匹配角和走离角进行了计算，进一步深化了对倍频晶体相位匹配、走离角等基本概念的理解。第三章：激光器系统的设计及实现从Nd：YVO4晶体的基本特性出发，考虑了激光晶体的热效应问题，提出了补偿办法；分析了四能级系统的空间速率方程理论，得到了激光器阈值功率、斜效率和输出功率的表达式，并讨论了腔型参数的影响，为激光器的优化设计提供了可靠的理论依据。最后，通过实验，实现了输出功率360mW的稳定单频671nm红光输出。第四章：总结与展望

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 LD泵浦固体激光器的发展历史
• 1.2 LD泵浦固体激光器的特点及发展趋势
• 1.2.1 LD泵浦固体激光器的优点
• 1.2.2 LD泵浦固体激光器的主要泵浦方式
• 1.2.3 LD泵浦固体激光器单频输出的实现方法
• 1.2.4 LD泵浦固体激光器的发展趋势
• 1.3 本课题的研究意义、发展现状及主要工作
• 第二章 LBO内腔倍频的理论分析与计算
• 2.1 内腔倍频原理分析
• 2.2 相位匹配
• 2.3 倍频晶体的选择
• 2.4 LBO晶体的特性
• 2.5 LBO相位匹配角与走离角的计算
• 2.5.1 LBO相位匹配角的计算
• 2.5.2 LBO走离角的计算
• 第三章 激光器系统的设计与实现
• 4晶体的特性'>3.1 Nd:YVO₄晶体的特性
• 4晶体的主要性能'>3.1.1 Nd:YVO₄晶体的主要性能
• 4晶体的热效应'>3.1.2 Nd:YVO₄晶体的热效应
• 3.2 速率方程理论
• 3.2.1 速率方程
• 3.2.2 端面泵浦时泵浦光与振荡光的场分布函数
• 3.2.3 阈值功率
• 3.2.4 输出功率与斜效率
• 3.3 激光器谐振腔
• 3.4 连续单频671nm红光激光器的实验装置及实验结果
• 3.4.1 单频671nm红光激光器的实验装置
• 3.4.2 实验结果及讨论
• 第四章 总结与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢