共振泵浦在掺Nd3+全固态激光器及非线性光学频率变换技术中的应用

论文摘要

共振泵浦方式能够大幅减小全固态激光器中泵浦光与激光间的量子亏损这一最主要热源，从根本上减少进入工作介质的无用热，是缓解热效应的有效手段，但存在泵浦吸收系数较小，不利于实现高光光效率的缺点。本文详细研究了掺Nd3+激光工作介质的参数对泵浦吸收和转换效率的影响，通过优化晶体参数，利用简单的泵浦结构和腔型实现共振泵浦下激光器的高光光效率；在此基础上，将共振泵浦应用于内腔单谐振光学参量振荡器（ICSRO）和自拉曼激光器等受热效应影响非常严重的非线性光学频率变换技术中，与808nm传统泵浦的对比实验结果相比，共振泵浦的应用在输出功率、转换效率、功率稳定性以及光束质量等方面都带来明显的优势。主要内容包括以下几部分：1.利用880nm LD泵浦Nd:YVO4激光器，通过优化晶体参数，利用简单的端泵直腔结构实现了高于808nm传统泵浦的光光效率；885nm LD泵浦Nd:YAG光光效率也与传统泵浦下接近；同时热负载均得到了明显的降低。2.利用Nd:YVO4激光器的914nm输出热助推泵浦Nd:YVO4激光器，1064nm和1342nm输出相对吸收泵浦功率的斜率效率分别达到82.0%和65.4%；优化晶体参数后1064nm输出光光效率超过50%，为同类激光器的最高效率，热负载极低的高斯塔克能级热助推泵浦方式的光光效率达到可实用化水平。3.提出全固态激光器的综合泵浦方式，讨论了综合泵浦方式的适用范围以及最优功率配比的确定方法；搭建808nm+880nm LD端面综合泵浦的Nd:YVO4激光器进行实验研究，对综合泵浦方式的设想和理论分析进行了初步实验验证。4.880nm LD共振泵浦连续波Nd:YVO4-PPLN ICSRO，获得了波长调谐范围3.66-4.22μm、最高1.54W的闲频光输出，功率、效率和稳定性相比808nm泵浦下明显提高；实验验证了通过振荡信号光耦合输出优化ICSRO阈值，从而抑制高泵浦功率下的逆转换过程，提高下转换效率的理论预期，21.4W泵浦下同时获得1.43W3.66μm闲频光和5.03W1.5μm信号光输出，总提取效率30.2%，是报道的连续波ICSRO最高提取效率。5.880nm LD共振泵浦声光调Q Nd:YVO4自拉曼激光器，依靠共振泵浦的低热特性克服热效应限制泵浦功率和影响拉曼增益的问题；1176nm、588nm和1525nm输出平均功率分别为6.11W、5.28W和2.96W，相比808nm泵浦，自拉曼激光器的输出功率和转换效率明显提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 综述
• 1.1 固体激光器中的热效应
• 1.1.1 热效应的产生和危害
• 1.1.2 缓解热效应的方法
• 1.2 固体激光器共振泵浦技术的研究历史与现状
• 1.2.1 基态低斯塔克能级共振泵浦
• 1.2.2 基态高斯塔克能级热助推泵浦
• 1.3 连续波光学参量振荡器的研究历史与现状
• 1.3.1 光学参量振荡的基本原理
• 1.3.2 准相位匹配技术的成熟——SRO的高效连续波运转
• 1.3.3 内腔泵浦——SRO的低阈值连续波运转
• 1.4 自拉曼激光器的研究历史和现状
• 1.4.1 受激拉曼散射的基本原理
• 1.4.2 拉曼激光器的分类
• 1.4.3 自拉曼激光器的研究现状
• 1.5 论文的主要内容
• 4和Nd:YAG激光器'>第二章 基态低斯塔克能级共振泵浦Nd:YVO₄和Nd:YAG激光器
• 2.1 共振泵浦方式下热量的分析与计算
• 4激光器'>2.2 880nm共振泵浦Nd:YVO₄激光器
• 2.2.1 实验装置
• 2.2.2 1064nm激光输出实验结果与分析
• 2.2.3 1342nm激光输出实验结果与分析
• 2.3 885nm共振泵浦Nd:YAG激光器
• 2.3.1 实验装置
• 2.3.2 1064nm激光输出实验结果与分析
• 2.4 本章小结
• 4激光器'>第三章 基态高斯塔克能级热助推泵浦高效率Nd:YVO₄激光器
• 3.1 实验装置
• 4激光器的运转特性'>3.2 914nm激光热助推泵浦Nd:YVO₄激光器的运转特性
• 3.2.1 1064nm激光输出实验结果与分析
• 3.2.2 1342nm激光输出实验结果与分析
• 4激光器'>3.2.3 914nm热助推泵浦的高光光效率Nd:YVO₄激光器
• 3.3 本章小结
• 第四章 全固态激光器双波长综合泵浦方式的研究
• 4.1 双波长综合泵浦方式的理论研究
• 4.1.1 双波长综合泵浦方式的提出
• 4.1.2 综合泵浦方式下热量的分析与计算
• 4.1.3 综合泵浦激光器最佳功率配比的确定
• 4激光器的实验研究'>4.2 双波长综合泵浦Nd:YVO₄激光器的实验研究
• 4.2.1 实验装置
• 4.2.2 实验结果与分析
• 4.3 本章小结
• 4-PPLN连续波内腔单谐振光学参量振荡器'>第五章 880nm共振泵浦Nd:YVO₄-PPLN连续波内腔单谐振光学参量振荡器
• 5.1 连续波ICSRO理论研究
• 5.1.1 连续波ICSRO的基本模型
• 5.1.2 连续波ICSRO功率和效率的优化
• 5.1.3 PPLN准相位匹配计算
• 5.1.4 ICSRO谐振腔的设计
• 4-PPLN ICSRO'>5.2 880nm共振泵浦连续波Nd:YVO₄-PPLN ICSRO
• 5.2.1 实验装置
• 5.2.2 实验结果与分析
• 5.3 振荡信号光耦合输出对ICSRO转换效率的影响
• 5.3.3 实验装置
• 5.3.4 实验结果与分析
• 5.4 本章小结
• 4自拉曼激光器'>第六章 880nm共振泵浦主动调Q Nd:YVO₄自拉曼激光器
• 6.1 自拉曼激光器理论
• 6.1.1 主动调Q自拉曼激光器的速率方程
• 6.1.2 倍频晶体的选择
• 4自拉曼激光器'>6.2 1176nm 主动调Q Nd:YVO₄自拉曼激光器
• 6.2.1 实验装置
• 6.2.2 实验结果与分析
• 4自拉曼激光器'>6.3 588nm内腔倍频主动调Q Nd:YVO₄自拉曼激光器
• 6.3.1 实验装置
• 6.3.2 实验结果与分析
• 4自拉曼激光器'>6.4 1525nm主动调Q Nd:YVO₄自拉曼激光器
• 6.4.3 实验装置
• 6.4.4 实验结果与分析
• 6.5 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢