腔内泵浦准三能级和频蓝光激光器的研究

论文摘要

蓝光激光具有广泛的应用前景,但目前已实现的在蓝光波段的激光辐射非常有限,且传统的获得蓝光的方法都有其不足之处。另外,通过和频方式产生蓝光的技术尚不成熟,且成本相对较高,故在激光市场上几乎没有这方面的产品。针对和频蓝光领域所面临的技术难题,本课题新颖地提出一种简单、高效的蓝激光运转方法,即利用LD泵浦914nm Nd:YVO4准三能级激光,腔内泵浦Yb:YAG实现1030nm激光振荡,进而用BiBO对914和1030nm激光进行和频实现484nm蓝光输出。论文首先从耦合波方程组出发,讨论了非线性和频过程的小信号增益与大信号增益的理论;在准三能级速率方程的基础上结合非线性和频理论,推导出腔内泵浦和频激光器的速率方程,进而建立了相关理论模型;根据准三能级速率方程,求解出了激光晶体准三能级运转时的阈值功率表达式。其次,介绍了光学谐振腔、激光晶体以及非线性和频晶体。根据不同谐振腔的特点,本课题选择了Z型谐振腔,并对该类谐振腔的优点和稳定特性进行了分析;另一方面,介绍了Nd:YVO4和Yb:YAG晶体的物理与化学性质以及吸收和荧光光谱等参数;此外,还讨论了BIBO晶体的光学特性,并通过数值计算,给出了914nm与1030nm和频时的相位匹配角,即BIBO晶体的切割角。最后,通过计算给出了含多元件谐振腔的最优光束大小、各腔镜的曲率半径及谐振腔腔长等参数,并从实验上利用808nm LD作为泵浦源,分别采用线性直腔和Z型腔,实现了914nm基频光的有效振荡。此外,还对另一基频光（1030nm）未能实现振荡的原因进行了分析和探讨,并给出了相应的解决方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 蓝光激光器的研究现状及分析
• 1.2.1 获得蓝激光的方法及其特点
• 1.2.2 和频获得蓝光常用方法
• 1.3 本文的主要研究内容及创新点
• 1.3.1 论文的主要研究内容
• 1.3.2 论文创新点
• 第2章 腔内泵浦准三能级和频理论研究
• 2.1 非线性光学介质的耦合波方程
• 2.2 非线性光学和频
• 2.2.1 和频的小信号理论
• 2.2.2 和频的大信号理论
• 2.3 腔内和频准三能级速率方程
• 2.3.1 速率方程
• 2.3.2 速率方程的求解
• 2.4 本章小结
• 第3章 腔内泵浦和频激光器的单元设计
• 3.1 光学谐振腔
• 3.1.1 典型光学谐振腔
• 3.1.2 Z 型谐振腔
• 3.2 激光晶体
• 4 晶体'>3.2.1 Nd:YVO₄晶体
• 3.2.2 Yb:YAG 晶体
• 3.3 非线性光学材料
• 3.3.1 三硼酸铋（BiB303，BIBO）晶体
• 3.3.2 BIBO 的Sellmeier 方程
• 3.3.3 BIBO 的频率变换特性
• 3.4 本章小结
• 第4章 腔内泵浦准三能级和频激光器实验研究
• 4.1 实验优化
• 4.1.1 激光晶体的优化
• 4.1.2 谐振腔的优化
• 4.2 双腔双波长振荡实验
• 4.2.1 直线腔内泵浦双波长振荡实验
• 4.2.2 Z 型腔内泵浦双波长振荡实验
• 4.3 解决方案
• 4.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢