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全固态激光器件的特性研究

王衍子  
【摘要】:激光二极管(LD)泵浦的掺Nd离子激光器一直是激光研究领域的热点之一,特别是其三条特征发射谱线的倍频激光波长正处于三基色激光的波段,更使其成为新的研究热点,再加上其效率高、结构紧凑、输出稳定、寿命长等特点,在工业、科研、国防军事、医疗等领域有着广泛的应用。本文利用大功率LD作为泵浦源,分别泵浦Nd:YVO_4和Nd:YAG晶体,并利用Cr~(4+):YAG晶体作为饱和吸收体,在产生1064nm高峰值功率的准连续激光和连续946nm激光的基础上,分别利用KTP和LBO晶体进行了腔内和腔外的倍频的理论和实验研究,获得了高峰值功率的532nm准连续绿光和473nm连续蓝光输出。本论文主要内容有: 1.回顾了全固态激光器的历史和发展过程,与二极管激光器和固体激光器对比介绍了全固态激光器的主要优势和适合LD泵浦的激光晶体的主要特性,总结了全固态激光器的研究现状和发展方向及本论文的主要研究内容。 2.对Nd:YVO_4晶体激发1064nm的激光特性进行了系统地研究,从速率方程出发,结合Cr~(4+):YAG可饱和吸收的特性,对其准连续激光输出特性进行了理论研究,给出了脉冲的峰值功率、重复频率的计算公式;并通过讨论热透镜效应以及模式匹配对激光器输出特性的影响,在实验中得到了高峰值功率(18kW)、高平均输出功率(4.23W)和窄脉宽(8ns)的准连续1064nm激光输出;最后,对输出功率随着泵浦功率下降的现象进行了解释。 3.根据倍频原理和相位匹配原理,结合KTP的倍频光学特性,在大功率被动调QNd:YVO_4激光器的基础上,采用腔外倍频的方法获得了高重复频率(21kHz)、窄脉冲宽度(13ns)的532nm绿光输出;腔内倍频时获得的最大平均输出功率为684mW,计算得到的峰值功率为3.08kW,远远高于腔外倍频时的(750W),我们对这种情况作了分析。在腔内倍频条件下,比较了准连续光和连续光泵浦时,输出绿光的特性:连续光泵浦时,阈值仅为1.02W,但是总的输出水平不高;准连续光泵浦时的阈值虽然高,但其输出的平均功率增加得很快。 摘要 4.介绍了蓝光激光器的历史、国内外已取得的成果和面临的难题,详细论述了 Nd:YAG晶体的激光特性和946lun激光起振的条件。先进行的是LD泵浦 Nd: YvO涯BO腔内倍频实验,由于激光晶体镀膜没达到预定的要求,实验 中没有实现蓝光输出。后来采用LD端面泵浦Nd:、认G/LBO腔内倍频,实现 了473rlln连续蓝光输出,得到最大平均输出功率为87.6mw,斜效率为1.1%, 倍频转换效率为1.2%。与同类实验相比,虽然得到的蓝光输出功率不高,但 从中也发现了一些问题,进行了相应的讨论,为以后的实验积累了一定的基 础。


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