LD泵浦非平面单向行波环形腔单频固体激光器是九五国防跨行业重点预先研究项目：LD泵浦单频、稳频固体激光器的核心技术。其目标是：以相干探测光电子信息系统为应用背景，针对相干激光雷达的应用需求，研究单频、稳频激光二极管(LD)泵浦固体激光器及其相关的激光调制、放大技术，研究可进行雷达原理实验的激光发射器并进行激光雷达原理实验。 产生高相干性单频固体激光的方法有短腔法、F-P标准具法、扭转模腔法、声光调制器法、平面环形腔中加入光学单向器法、非平面环形腔法及单频激光注入法等。单块非平面环形腔单频固体激光器由美国的Kane和Byer在1985年发明。此种激光器由于结构简单、稳定性非常好且能输出较高功率的单频激光，纷纷被各国效仿，主要用于激光雷达发射系统、引力波测量系统或被注入高功率(能量)激光器控制其输出高功率(能量)、高稳定的单频激光。 本文通过琼斯矩阵分析了非平面环形腔逆时针和顺时针传播方向的本征偏振态和本征值，及它们与振荡光的偏振态和输出损耗之间的关系，说明在非平面环形腔中存在法拉第磁光旋转时，通过偏振耦合输出镜的检偏作用，可形成光波在两个传播方向的损耗差异，从而实现腔内光单向行波振荡，消除空间烧孔，输出单纵模激光。国内首次成功实现单块非平面环形腔激光器输出600mW连续单频激光，并解决了诸如单块激光晶体加工等一系列难点。文中详细介绍了作者最新提出的角锥棱镜式准单块非平面环形腔固体激光器，并重点研究了其中的角锥棱镜与倾斜式直角棱镜激光晶体组成的准单块非平面环形腔单频激光器方案。此方案在实验室已实现1W的单频连续激光输出。 本文重点进行了以下几方面研究： 1．讨论了半导体激光器(LD)泵浦固体激光器的输入输出特性及它们与泵浦光和 振荡光模式匹配的关系。根据泵浦功率计算激光腔输出耦合最佳透过率的方法，LD泵浦引起的热透镜焦距的变化对激光器输出光束特性的影响。 2．用琼斯矩阵分析说明非平面环形腔通过不同空间取向的全内反射面引入的相位延迟、法拉第磁光旋转和偏振输出镜的检偏作用使腔内不同传播方向的光波具有不同的输出损耗，从而实现单向行波振荡，消除空间烧孔，得到单纵模输出。 提出一种合理的单块非平面环形腔激光器加工方法。确定使腔内光线环路准确 闭合的关键不是单纯追求几何尺寸的加工精度，而是保证两个斜反射面的空间 对称性，晶体的实际尺寸和角度则允许存在较大的偏差。设计了合理的单块激 光晶体结构参数和泵浦光耦合系统，LD纵向泵浦得到连续单频激光输出功率 600mW。激光器具有良好的功率稳定性(±1.6％)和极窄的统计线宽(2KHz／5us)。 研究了激光器M<'2>因子随激光功率的变化关系。用光线追迹的方法说明单块激光 器高阶横模的结构特点及热透镜对模式的影响，其中五瓣模为一种特殊的横模。 3．根据非平面环形腔单频激光器理论和光在角锥棱镜中的偏振传输特性，创新地 提出角锥棱镜式单向行波非平面环形腔单频固体激光器。重点研究了角锥棱镜 和倾斜式直角棱镜激光晶体组成的准单块非平面环形腔。实验中LD纵向泵浦得 到1W的单频连续激光输出。激光器功率稳定性为±3.24％。此种新型激光器不 仅可通过单块化而具有单块非平面环形腔单频固体激光器的诸多优点，还可实 现多种泵浦方式并用，以得到更高功率的单频输出，并具有可灵活调节其输出 耦合系数，方便插入调Q、倍频器件等优点。 4．应用单块非平面环形腔固体激光器进行连续波线性调频激光雷达测距原理实验。为未来激光雷达的研究铺设了基础。