全固态连续单频钛宝石激光器

论文摘要

钛宝石(Ti3+:Al2O3)激光器是迄今为止输出光谱在红光和近红外波段调谐范围最宽的固体激光器之一,具有调谐范围宽（600～1200nm）、转换效率高、运转方便以及可用多种不同波长光源泵浦等许多突出的优点。其中,钛宝石激光器发射的780nm光波恰好对应于铷原子跃迁线F3/2-F1/2,因此可以有效俘获铷原子并将之冷却。同时,利用波长为780nm激光作为泵浦光,通过OPO技术还可获得1560nm纠缠源,它恰好位于光纤和大气通信的低衰减,低色散窗口,与当前的通信网络系统匹配兼容,可用于量子保密通讯研究。本文对以激光二极管抽运内腔倍频Nd:YVO4单横模绿光激光器作为泵浦源,采用“8”字环型谐振腔结构的钛宝石激光器进行了系统的理论分析和实验研究。首先利用传输矩阵理论分析了高功率单横模Nd:YVO4/LBO绿光激光谐振腔,并且在实验上实现了最高输出功率为9W的单横模绿光的稳定运转,为钛宝石激光器提供了可靠稳定的泵浦源。通过分析晶体的能级结构以及生长特性,计算并选取了晶体的最佳长度等参数,从而使钛宝石晶体对泵浦光的吸收达到最大,同时又尽量少的引入残余吸收。在充分考虑像散补偿的情况下,设计了环形激光谐振腔。最终获得700mW的连续单频780nm激光输出,20分钟内功率稳定性优于0.5%,斜效率达到17.5%。论文包括以下四部分:第一部分:绪论第二部分:全固态高功率连续单横模Nd:YVO4/LBO绿光激光器本章简明介绍了全固态高功率连续单横模Nd:YVO4/LBO绿光激光器。考虑了LD泵浦光束耦合系统的选取,从Nd:YVO4晶体以及非临界相位匹配的倍频晶体LBO的特性出发,利用传输矩阵光学方法,分析了三镜“V”字型折叠激光谐振腔的腔型结构,并计算了谐振腔内腰斑位置以及大小。并在实验上获得了9W的532nm单横模绿光输出。第三部分:连续钛宝石激光器的理论与实验研究本章分别从理论和实验两方面具体分析了全固态连续单频钛宝石激光器。首先介绍了钛宝石晶体的物化性质以及光谱特性,通过计算确定了晶体的长度和浓度;利用传输矩阵光学方法,分析了“8”字环型谐振腔结构,选取合适的腔长;并根据像散补偿原理,计算了折叠角的大小;通过分析钛宝石激光器的阈值泵浦功率、斜效率与输出镜透过率的关系,得到了输出镜的最佳透过率,最终实现了最大功率700mw的单频780nm红光输出。第四部分:总结与展望

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 钛宝石激光器的发展和研究现状
• 1.1.1 连续钛宝石激光器
• 1.1.2 准连续钛宝石激光器
• 1.1.3 脉冲钛宝石激光器
• 1.1.4 锁模态宝石激光器
• 1.2 本课题的研究意义及主要工作
• 第二章 全固态单横模532nm激光器
• 2.1 全固态绿光激光器的理论分析
• 4晶体的特性'>2.1.1 Nd:YVO₄晶体的特性
• 2.1.2 LBO晶体的特性
• 2.2 激光器谐振腔的设计
• 2.3 高功率连续单模绿光激光器的实验装置及实验结果
• 2.3.1 高功率单模绿光激光器的实验装置
• 2.3.2 耦合系统的选取
• 2.3.3 实验结果
• 第三章 钛宝石激光系统的设计与实现
• 3.1 钛宝石的物化性质及光谱特性
• 3.1.1 钛宝石晶体的结构
• 3.1.2 钛宝石晶体的能级
• 3.1.3 钛宝石晶体的吸收光谱
• 3.1.4 钛宝石晶体的荧光光谱
• 3.1.5 钛宝石晶体的生长
• 3.2 理论分析
• 3.2.1 晶体的选取
• 3.2.2 耦合系统的选取
• 3.2.3 腔型设计
• 3.2.4 理论阈值以及斜效率
• 3.3 实验装置及实验结果
• 3.3.1 连续单频钛宝石激先器的实验装置
• 3.3.2 实验结果
• 第四章 总结与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢