LD泵浦双频Nd：YAG激光技术研究

论文摘要

双频激光器在绝对距离干涉测量中占有极其重要的地位,因为这种测量方法测量的是距离而不是位移,所以不需要精密的导轨,但要求双频激光光源的频差尽可能大,以获得较小的合成波长,进而提高测量精度。因此,研究双频激光技术具有十分重要的意义。本论文对激光二极管（LD）泵浦双频激光技术进行了理论分析和实验研究,设计并验证了一种新型超大频差双频激光器方案。论文主要内容如下:第一,分析了LD泵浦固体激光器的基本理论,通过四能级固体激光系统速率方程,对LD泵浦固体激光器的工作特性进行了理论分析,并建立了相应的实验系统,研究了该系统的输出特性。第二,分析了倍频激光器连续运转理论,讨论了KTP晶体倍频的相位匹配问题。II类相位匹配要求基波的偏振方向相互正交,当基波的两个正交分量相等时,倍频效率最高。第三,优化了双频Nd:YAG激光器设计方案,使激光器结构更加紧凑。应用双折射滤光片的选模特性实现了单频激光振荡输出;通过改变KTP的f光偏振态与偏振分光棱镜p分量之间的夹角,实现了双腔绿光输出。第四,设计了激光频率稳定方案,应用F-P光外差光谱理论讨论了灵敏度和调制频率之间的关系,并用Matlab软件进行了数值仿真。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 双频激光器在干涉测量中的应用简介
• 1.2 双频激光技术研究现状
• 1.3 双频激光技术发展趋势
• 1.4 课题目的及意义
• 1.5 课题主要研究内容
• 2 LD 泵浦固体激光器理论分析与设计
• 2.1 全固态激光器的发展概述
• 2.2 四能级激光系统的速率方程理论
• 2.2.1 四能级系统
• 2.2.2 四能级固体激光系统速率方程理论
• 2.3 LD 泵浦固体激光器工作特性分析
• 2.3.1 阈值泵浦功率
• 2.3.2 斜效率
• 2.3.3 输出功率
• 2.4 DPSSL 结构
• 2.5 DPSSL 实验系统的组成
• 2.5.1 Nd:YAG 晶体光学特性
• 2.5.2 LD 输出特性及对电源的基本要求
• 2.5.3 LD 发光特点
• 2.5.4 自聚焦微透镜光学系统
• 2.5.5 激光谐振腔的设计
• 2.6 DPSSL 实验系统及输出特性
• 2.6.1 106411m 激光器实验装置与系统装调
• 2.6.2 系统输出特性
• 2.7 本章小结
• 3. LD 泵浦超大频差双频ND:YAG 激光器设计与实验
• 3.1 倍频激光器的连续运转理论分析
• 3.1.1 光学二阶非线性过程
• 3.1.2 相位匹配条件及角度相位匹配
• 3.1.3 双轴晶体的相位匹配
• 3.1.4 KTP 晶体的物理、光学特性
• 3.2 双频绿光激光器研究方案及其优化
• 3.2.1 优化方案一
• 3.2.2 优化方案二
• 3.3 实验系统、实验方法实验结果
• 3.3.1 双折射滤光片选模实现单频
• 3.3.2 双腔输出特性实验研究
• 3.4 本章小结
• 4 稳频方案设计
• 4.1 稳频基本原理
• 4.1.1 频率的稳定性和复现性
• 4.1.2 “拍频”方法测量频率稳定度
• 4.1.3 激光频率变化的数学模型
• 4.1.4 影响激光频率稳定的因素
• 4.2 激光频率主动稳定的方法及选择
• 4.2.1 兰姆凹陷稳频
• 4.2.2 塞曼效应稳频
• 4.2.3 线性吸收稳频中的FM 光谱技术
• 4.2.4 无源腔稳频
• 4.2.5 方案选择
• 4.3 POUND-DREVER 稳频系统
• 4.3.1 EOM 调制
• 4.3.2 F-P 光外差光谱
• 4.3.3 最佳调制频率
• 4.4 双频激光器稳频方案
• 4.5 本章小结
• 5. 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文