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《山西大学》 2018年
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连续可调谐单频激光器的研究

靳丕铦  
【摘要】:全固态单频连续波激光器因其具有高相干性、低噪声、高光束质量以及窄线宽等优点已经成为量子精密测量、冷原子物理、量子光学与量子信息、高分辨率激光光谱等众多科学研究与应用领域的必要光源。随着科学研究的不断深入和飞速发展,许多研究领域如量子信息以及精密测量等要求激光器在具有较高输出功率的同时,还要有较高的稳定性并能在长期运转过程中始终保持稳定的单纵模运转。而冷原子物理以及激光雷达等研究领域则要求激光器在稳定单频运转时还要有一定的频率连续调谐能力。为此,我们在实现全固态单频连续波激光器的频率连续调谐和提高全固态单频连续波激光器的长期稳定性等方面进行了深入研究,具体研究内容包括:1.利用电光效应锁定标准具实现了激光器的频率连续调谐,研制了全固态单频连续波宽调谐钛宝石激光器。基于LabVIEW设计了粗调谐元件双折射滤波片的控制程序,通过反馈控制激光谐振腔内粗调谐元件双折射滤波片的角度实现激光器输出波长的自动宽调谐;在此基础上,通过锁定腔内电光标准具然后连续扫描激光谐振腔的腔长实现激光器输出频率的连续调谐。由于标准具的锁定过程是基于光学晶体的电光效应来实现的,因此,其调制信号的频率不受任何限制,可任意选取。通过改变用于锁定标准具的调制信号的频率实现了对激光器强度噪声的操控。实验实现的全固态单频连续波可调谐钛宝石激光器的自动宽调谐范围为110 nm(760 nm-870 nm),连续调谐范围大于20GHz。2.联合腔内锁定标准具和非线性损耗有效扩展了单频连续波激光器的连续调谐范围,突破了激光器内标准具的自由光谱区对最大频率连续调谐范围的限制。利用该方法实现了连续调谐范围达到222.4 GHz的单频连续波内腔倍频Nd:YVO_4/LBO激光器,据我们所知,这是目前可实现的连续无跳模调谐范围最宽的全固态单频连续波激光器。利用该方法,我们在实验上还实现了连续可调谐内腔倍频Nd:YAP/LBO激光器,获得了连续无跳模调谐范围达146.7 GHz(@540 nm)的宽范围连续可调谐1080nm/540 nm双波长激光输出,540 nm和1080 nm激光的最高输出功率分别为4.18 W和2.39 W。由于激光器在很宽的范围内均可以实现连续无跳模调谐,所以在长期运转过程中能够始终保持单纵模运转状态,不会出现任何多模振荡或跳模现象。3.提出了一种通过反馈控制激光谐振腔内非线性损耗的大小来提高单频连续波激光器稳定性的方法,有效提高了全固态单频连续波高功率1064 nm激光器的稳定性。在激光谐振腔内插入非线性倍频晶体LBO引入非线性损耗,通过控制LBO晶体的温度可实现对激光谐振腔内非线性损耗的操控,进而改变激光器的输出功率。通过光电负反馈控制LBO晶体的温度,2小时内激光器输出功率的波动从±0.59%减小到±0.26%,同时,激光器1分钟内的频率漂移也从21.82 MHz减小到9.84 MHz。实验结果表明,通过反馈控制激光谐振腔内的非线性损耗,单频连续波激光器的功率稳定性和频率稳定性均得到有效提高。创新性研究工作:A.利用电光效应锁定标准具实现了激光器的频率连续调谐,研制了强度噪声可操控的全固态单频连续波宽调谐钛宝石激光器;B.联合腔内锁定的标准具和非线性损耗扩展了全固态单频连续波激光器的连续调谐范围,实现了频率连续可调谐的全固态单频连续波Nd:YVO_4/LBO激光器和全固态单频连续波Nd:YAP/LBO双波长激光器。C.通过反馈控制激光谐振腔内的非线性损耗提高了全固态单频连续波激光器的长期稳定性。
【学位授予单位】:山西大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TN248

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【参考文献】
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