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Nd：YVO_4和Nd：GdVO_4晶体自激活自拉曼转换激光器

作　者: 贾鹏
导　师: 张行愚
学　校: 山东大学
专　业: 光学工程
关键词: 固体激光器拉曼激光器受激拉曼散射 Nd:YVO4 晶体 Nd:GdVO4晶体主动调Q 被动调Q 速率方程
分类号: TN248
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

受激拉曼散射是一种重要的变频方法，可以获得新的激光波长，大大拓宽激光的光谱范围。转换后的激光波长由抽运光的波长和拉曼介质决定。拉曼激光具有散射光光束质量好、脉宽窄、不需要相位匹配以及高的转换效率等多种优点。与传统的气体和液体拉曼介质相比，固体拉曼介质具有粒子浓度大、体积小、拉曼增益系数大及热导性好等优点。已经有多种晶体被发现是优良的拉曼晶体，例如Ba（NO₃）₂、LiIO₃、SrWO₄、BaWO₄、KGd（WO₄）₂、YVO₄和GdVO₄晶体等。以晶体为拉曼介质的固体拉曼激光器结构紧凑，效率高，稳定性好，在信息、交通、测量、医疗、国防和工农业等领域都有重要的应用，是激光器件领域的研究热点。Nd：YVO₄晶体和Nd：GdVO₄晶体是同构体，两种晶体具有受激发射截面大、吸收带宽比较宽、吸收系数高、线偏振输出等优点，已经被证明是优良的激光晶体。2001年，Kaminskii等人发现YVO₄晶体和GdVO₄晶体还是优良的拉曼晶体，提出Nd：YVO₄晶体和Nd：GdVO₄晶体可以作为自激活自拉曼晶体并可应用于可见光和近红外区域。本文以Nd：YVO₄晶体和Nd：GdVO₄晶体为自激活自拉曼晶体，实验方面系统地研究了这两种晶体的自激活自拉曼转换激光器的输出特性，研究了不同的脉冲重复率、输出镜透过率、饱和吸收体的小信号透过率、拉曼晶体的切割方向对拉曼光输出特性的影响；理论方面使用速率方程对主动调Q和被动调Q的自激活自拉曼转换激光器的特性进行了理论模拟，理论结果与实验结果大致相符。具体内容为：系统地研究了主动调Q的a-cut Nd：YVO₄晶体自激活自拉曼转换激光器的特性。Nd：YVO₄晶体同时作为激光晶体和拉曼晶体，使用不同透过率的输出镜，在不同的脉冲重复率下，得出了平均输出功率、脉冲宽度、脉冲能量和峰值功率随抽运功率的变化关系。典型的1064nm基频光和1176nm拉曼光脉冲的脉冲宽度分别为26.3ns和9.0ns。在脉冲重复率为20kHz，抽运功率为8.46W时，产生了平均功率为0.38W的1176nm光的输出，光-光转化效率为4.5％。使用速率方程对自激活自拉曼Nd：YVO₄主动调Q激光器的输出特性进行了理论研究，把脉冲重复率为10kHz，20kHz，30kHz时的拉曼光的单脉冲能量和脉冲宽度的实验结果与理论结果进行比较，理论结果与实验结果大致地相符。系统地研究了主动调Q的c-cut Nd：YVO₄晶体自激活自拉曼转换激光器的特性。使用不同透过率的输出镜，得出了不同的脉冲重复率下，平均输出功率、脉冲宽度、脉冲能量和峰值功率随抽运功率的变化关系。利用速率方程对c-cut Nd：YVO₄晶体的拉曼光输出特性进行了分析比较。首次实现了主动调O的a-cut Nd：GdVO₄晶体自激活自拉曼转换激光器在1173nm的运转，系统研究了LD抽运的主动调O的a-cut Nd：GdVO₄晶体自激活自拉曼转换激光器的输出特性。Nd：GdVO₄晶体同时作为激光晶体和拉曼晶体，利用声光调Q技术，产生了1173nm的拉曼激光。使用不同透过率的输出镜，在不同的脉冲重复率下，得出了平均输出功率、脉冲宽度、脉冲能量和峰值功率随抽运功率的变化关系。典型的1063nm基频光和1173nm拉曼光脉冲的脉冲宽度分别为33.0ns和13.8ns。在脉冲重复率为30kHz，抽运功率为9.6W时，产生了平均功率为0.8W的1173nm拉曼光，相应的光-光转化效率为8.3％。在脉冲重复率为10kHz，抽运功率为9.6W时，获得的最大单脉冲能量为70.7μJ，相应的峰值功率为5.2kW。利用速率方程对a-cut Nd：GdVO₄晶体的拉曼光输出特性进行了分析比较。系统地研究了被动调O的c-cut Nd：GdVO₄晶体自激活自拉曼转换激光器的特性。分别利用两块不同初始透过率的Cr⁴⁺：YAG晶体，研究和比较了Nd：GdVO₄晶体自激活自拉曼转换激光器的输出特性。使用不同透过率的输出镜，得出了平均输出功率、脉冲宽度、脉冲重复率、脉冲能量和峰值功率随抽运功率的变化关系。当Cr⁴⁺：YAG的初始透过率为91％，抽运功率是5.7W时，得到拉曼光的最高平均输出功率为0.24W，相应的转换效率为4.2％。利用速率方程对被动调Q的c-cut Nd：GdVO₄晶体自激活自拉曼转换激光器的输出特性进行研究，理论结果与实验结果大致相符。

全文目录

中文摘要  8-10
ABSTRACT  10-12
第一章绪言  12-22
  1.1 固体拉曼介质简介  12-15
    1.1.1 Ba(NO_3)_2晶体  13
    1.1.2 LiIO_3晶体  13
    1.1.3 钨酸盐晶体  13-14
    1.1.4 钒酸盐晶体  14-15
  1.2 固体拉曼激光器的种类  15-20
    1.2.1 拉曼发生器  16
    1.2.2 外腔式拉曼激光器  16-17
    1.2.3 内腔式拉曼激光器  17-18
    1.2.4 耦合腔式拉曼激光器  18-20
    1.2.5 自激活自拉曼转换激光器  20
  1.3 本文的研究内容  20-22
第二章主动调Q的a-cut Nd∶YVO_4晶体自激活自拉曼转换激光器  22-38
  2.1 实验装置  22-23
  2.2 实验结果及理论分析  23-36
    2.2.1 基频光的输出特性  23-26
    2.2.2 拉曼光的输出特性  26-33
    2.2.3 理论分析与比较  33-36
  2.3 结论  36-38
第三章主动调Q的c-cut Nd∶YVO_4晶体自激活自拉曼转换激光器  38-52
  3.1 实验装置  38-39
  3.2 实验结果及理论分析  39-51
    3.2.1 基频光的输出特性  39-44
    3.2.2 拉曼光的输出特性  44-50
    3.2.3 理论分析与比较  50-51
  3.3 结论  51-52
第四章主动调Q的a-cut Nd∶GdVO_4晶体自激活自拉曼转换激光器  52-67
  4.1 实验装置  53
  4.2 实验结果及理论分析  53-66
    4.2.1 基频光的输出特性  53-58
    4.2.2 拉曼光的输出特性  58-65
    4.2.3 理论分析与比较  65-66
  4.3 结论  66-67
第五章被动调Q的c-cut Nd∶GdVO_4晶体自激活自拉曼转换激光器  67-87
  5.1 实验装置  69-70
  5.2 实验结果及理论分析  70-85
    5.2.1 基频光的输出特性  70-76
    5.2.2 不同初始透过率的Cr~(4+)∶YAG晶体对拉曼光输出特性的影响  76-79
    5.2.3 不同透过率的输出镜对拉曼光输出特性的影响  79-84
    5.2.4 理论分析与比较  84-85
  5.3 结论  85-87
第六章全文总结  87-90
  6.1 已研究的内容  87-88
  6.2 主要创新点  88-89
  6.3 待研究的问题  89-90
参考文献  90-98
致谢  98-99
攻读学位期间发表的学术论文  99-100
学位论文评阅及答辩情况表  100

Nd：YVO_4和Nd：GdVO_4晶体自激活自拉曼转换激光器

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