全固态457nm蓝光激光器研究

【摘要】：全固态蓝光激光器在高密度光学数据存储、激光彩色显示、深海通讯等领域有着非常广泛的应用前景，随着全固态红光、绿光激光器技术的日益成熟，全固态蓝光激光器的研究已经成为研究的热点和重点。本文在分析全固态蓝光激光器发展现状的基础上，提出了全固态457nm蓝光激光器的研究课题。研究内容和取得的成果主要包括： 1.对Nd:YVO_4激光晶体的物化性质，光学特性和能级结构进行了详细的分析，并分析得到914nm波长激光运转的准三能级结构理论模型，推出准三能级系统的激光阈值计算公式，并对Nd:YVO_4晶体914nm波长激光运转的阈值进行了详细的分析。 2.阐述了激光倍频技术，推导得到激光倍频效率的表达式，并分析了影响激光倍频效率的因素。进而对比LBO，BBO，BIBO几种常见非线性光学晶体的特性，通过分析三种非线性晶体在蓝光激光系统中的倍频效应，我们得出在蓝光激光系统中LBO是综合性能最佳的非线性晶体。 3.分析了LD端面泵浦全固态激光器的热效应，通过Matlab软件模拟得到Nd:YVO_4晶体热透镜焦距随泵浦功率变化曲线，并运用稳定腔法对Nd:YVO_4晶体的热透镜焦距进行了测量，测量结果与模拟计算的结果很接近。 4.对全固态457nm蓝光激光器系统进行总体设计，包括泵浦源的优化设计，激光晶体和倍频晶体参数的选择，系统温控系统的优化设计，系统谐振腔的设计，系统膜系设计以及泵浦光和振荡激光的模式匹配。 5.根据理论分析，利用LBO进行腔内倍频的全固态457nm激光实验研究，在泵浦功率为24.3W时，获得了2.34W的457nm蓝光激光输出，光光转换效率达到9.74%，激光阈值为3.7W，并且当蓝光输出功率为1.4W时，输出功率稳定度优于3.01%。 6.利用BIBO代替LBO进行腔内倍频，在泵浦功率为24.2W时，457nm蓝光的输出功率为1.56W，光光转换效率为6.45%，激光阈值为3.9W，并且当蓝光输出功率为0.98W时，输出功率的稳定度优于2.98%。 7.综合比较得到：我们成功开发出一套高效率、低阈值、紧凑型直腔式全固态457nm蓝光激光系统。据文献资料显示，这是目前国内外输出功率最高的直腔式全固态457nm蓝光激光器系统，实验中所得到的激光阈值也是目前所见报道中最低的。