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全固态连续单频Nd:YLF激光器的研制

作　者: 刘国宏
导　师: 张宽收
学　校: 山西大学
专　业: 光学工程
关键词: 激光器 Nd:YLF 全固态 单频 泵浦光 输出功率稳定性 内腔倍频 晶体掺杂 输出特性 斜效率 热致双折射 退偏效应 光束质量 激光二极管泵浦 激光特性 非临界位相匹配 倍频晶体 主振荡器 环形腔 热透镜效应
分类号: TN248
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


激光二极管泵浦的全固态激光器由于具有效率高、寿命长、结构紧凑、光束质量好等优点,在材料加工、军事、医疗和科研等领域得到广泛的关注,而单频运转的全固态激光器以其优良的频率特性和输出功率稳定性可广泛应用于相干信息处理频率计量、量子光学、量子信息等领域。在诸多种激光器中,Nd:YLF激光器因其良好的的激光特性而赢得了重要的地位。它优良的激光特性主要表现在:（1）1053μm波段与磷酸玻璃和氟磷酸玻璃的增益峰值非常匹配,使它可以运用于这类玻璃放大器链的主振荡器中;（2）上能级寿命比较长为480μs,大约是Nd:YAG的2倍,Nd:YVO4的5倍,同时它的受激发射截面与上能级荧光寿命的乘积与Nd:YAG相当,所以其阈值比较低,可广泛用于低阈值的全固态激光器;（3）具有很好的偏振特性,主要是由于它的自然双折射远大于热致双折射,根除了热退偏效应,在大功率泵浦情况下可获得稳定输出。在国际上,相干公司和光谱物理公司已经把一系列光束质量和稳定性能好的全固态连续单频激光器产品化后推向市场。在国内山西大学光电究所在这方面也进行了一系列相关研究并且推出一系列产品。我们开展此项工作的主要目的就是先研制一台输出为1053nm的瓦级全固态连续单频Nd:YLF激光器,然后采LBO来内腔倍频得到526.5nm绿光输出,最终通过用OPO进行参量下转换,得到1560nm和795nm输出。因为795nm对应碱金属铷原子吸收线,而1560nm为光通讯波段。在本文中,我们分别从理论和实验两部分分析了实现瓦级全固态Nd:YLF激光器的连续单频稳定运转。实验中我们充分利用了Nd:YLF晶体热效应小、输出偏振特性好等特点设计谐振腔,我们也考虑了Nd:YLF晶体应力裂纹极限小的缺陷,采用了低掺杂（0.5%）、较长的（15mm）晶体。考虑了振荡光和泵浦光的模式匹配和稳定性条件后,我们设计了六镜环形腔。实验上得到了4.2W的1053nm单频输出（对应泵浦功率为17.9W）,系统的阈值为4.7W,斜效率约为33.5%,长期功率稳定性小于±1%（自由运转4.7小时）,自由运转的频率自由运转频率波动为17MHz/分钟。为了改善激光器的频率稳定性,利用电子伺服系统将激光器的频率锁定在共焦F-P腔的共振透射峰上,锁定后,激光器的频率波动降低为3.4Hz/分钟。在上述实验的基础进行了内腔倍频实验,采用LBO作为倍频晶体进行Ⅰ类非临界位相匹配,实验上得到1.08W连续单频绿光输出。为下一步通过OPO进行参量下转换进而获得1560nm和795nm波段打好了基础。

全文目录


中文摘要  6-8
Abstract  8-10
第一章 绪论  10-13
  1.1 Nd:YLF激光器综述  10-11
  1.2 本论文的主要工作  11-12
  参考文献  12-13
第二章 Nd:YLF晶体  13-20
  2.1 Nd:YLF晶体的基本参数  13-15
  2.2 Nd:YLF晶体的激光特性  15-16
  2.3 Nd:YLF晶体应力双折射和热透镜效应  16-17
  2.4 Nd:YLF晶体应力裂纹极限  17-19
  参考文献  19-20
第三章 理论分析  20-30
  3.1 引言  20
  3.2 Nd:YLF激光器相关理论分析  20
  3.3 泵浦光和振荡光的相关参数对激光器输出特性的影响  20-29
    3.3.1 泵浦光的相关参数对激光器输出特性影响的分析  20-25
    3.3.2 激光晶体内振荡光与泵浦光之间的模式匹配  25-26
    3.3.3 激光器输出特性分析  26-29
  参考文献  29-30
第四章 Nd:YLF激光器系统的设计  30-43
  4.1 泵浦源及泵浦光腰斑大小的选取  30
  4.2.腔型  30-32
  4.3.实验装置  32-34
    4.3.1 晶体参数选择  32-33
    4.3.2 镜片参数及腔参数  33
    4.3.3 单向器  33-34
    4.3.4 实验装置图  34
  4.4 实验结果及讨论  34-38
    4.4.1 功率输出特性曲线  34
    4.4.2 频率输出特性曲线  34
    4.4.3 长期功率稳定性  34-36
    4.4.4 稳频  36-38
  4.5 倍频  38-42
    4.5.1 倍频晶体的选取  39-40
    4.5.2 实验装置与结果  40-42
  参考文献  42-43
第五章 总结与展望  43-45
致谢  45-46
个人简况  46-47
  个人基本信息  46-47

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 激光技术、微波激射技术 > 激光器
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