LD泵浦单频双向连续波固体环形激光器的研究

【摘要】：下一代光学陀螺的发展趋势将是高精度、全固态和小型化。作为一种具有诸多优点的固体激光陀螺(SSRLG)将是具有发展前途的新型陀螺仪之一。固体环形激光器是其核心部件。到目前为止还未见连续固体环形激光器用于陀螺仪的报道。本文以兵器科学研究院国防预研项目“小型固体激光陀螺的研究”的研制目标为背景,提出了LD泵浦连续波固体环形激光器的研究,以获得单频双向连续固体环形激光器。论文进行了系统方案的分析,建立了固体环形激光器实验装置,并进行了实验研究。 论文提出了LD泵浦四镜8字形腔双向固体环形激光器方案,选择Nd:YVO4为工作物质,分析了其工作原理。使用ABCD矩阵理论分析了曲面镜焦距 、放置距离 以及环形腔边长变化时对谐振腔的稳定性和本征模的影响,得出了构成环形腔的稳定性条件,确定了环形腔的结构并计算了本征模分布。还分析了晶体热透镜效应对环形腔的影响,该环形腔结构热稳定很好,方案选择合理。 对四镜8字形腔连续固体环形激光器进行了实验研究,泵浦源先后采用LD透镜耦合和LD光纤耦合。实验表明,对于使用均匀加宽增益的双向连续固体环形激光器,在未采取选模措施情况下模式一般为多模。采用腔内插入光阑实现了基横模多纵模运转,环形激光器双向输出功率基本相等,输出为垂直于环形腔平面的线偏振。使用F-P标准具选模,实现了单纵模运转,实验获得了LD泵浦单频双向连续固体环形激光器,并测量了其双向输出功率特性,单路输出功率稳定性100s内为0.4%。测量了单频环形激光器的线宽,在单模输出0.2mW时1.5秒内约为4kHz。实验表明使用均匀加宽增益的连续固体环形激光器能实现单频双向稳定运转,未出现反向行波模对因模竞争光强不稳而导致某一行波熄灭。实验还对因插入F-P标准具形成的折叠腔振荡输出特性进行了实验研究。 论文最后进行了单频双向固体环形激光器的初步转动实验,没有观察到双向光干涉条纹的移动,实验表明固体环形激光器处于锁区。在转动实验中干涉 WP=5 条纹的强度和对比度不变,说明在具有转速输入的条件下,反向模对仍能稳定振荡。