【摘 要】
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双波长激光在精密测量、差分光谱、生物医学以及频率变换等领域中发挥着重要的作用。除了将两台独立的激光器进行合束外,双波长激光的产生主要利用激光增益介质的不同增益谱线或光学参量振荡器来实现,但普遍存在结构复杂、功率不稳定、两个波长的功率比例及脉冲间隔不可调等缺点。为解决上述问题,本文提出了一种新型的基于端面共轴泵浦两个激光增益介质的双波长固体激光器方案,并开展相关的理论和实验研究,在1.06μm附近双
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双波长激光在精密测量、差分光谱、生物医学以及频率变换等领域中发挥着重要的作用。除了将两台独立的激光器进行合束外,双波长激光的产生主要利用激光增益介质的不同增益谱线或光学参量振荡器来实现,但普遍存在结构复杂、功率不稳定、两个波长的功率比例及脉冲间隔不可调等缺点。为解决上述问题,本文提出了一种新型的基于端面共轴泵浦两个激光增益介质的双波长固体激光器方案,并开展相关的理论和实验研究,在1.06μm附近双波长基频光的基础上通过倍频、和频、光参量振荡、受激拉曼散射与差频等非线性光学频率变换技术实现了稳定的不同波段的功率比例和脉冲间隔可调的双波长激光及太赫兹波输出,主要内容及创新点归纳如下:1.理论推导了端面共轴泵浦机制的热传导方程和热透镜公式,分析了不同泵浦光半径和束腰位置对晶体温度分布和热透镜焦距的影响。建立了端面共轴泵浦双波长激光器及其内腔倍频、光参量振荡和拉曼激光器的速率方程,分析了泵浦光束腰位置的变化对双波长激光输出功率比例和脉冲间隔的影响。2.基于端面共轴泵浦结构,利用Nd:YAG/Nd:YLF晶体组合,获得了不同的1μm波段双波长激光;通过Nd:YAG/Nd:YAP晶体组合和优化谐振腔,实现了15.5W且功率近似相等的1064nm和1079nm双波长输出,光光转换效率为38.8%。利用Nd:YVO4/Nd:Gd VO4晶体组合,并采用KTP和LBO进行内腔倍频实验,连续与脉冲运转的532.2nm/531.9nm/531.6nm多波长绿光最高功率分别为4.4W和3.77W,光光转换效率为21.8%和22.4%。3.基于端面共轴泵浦结构,搭建了主动调Q Nd:YAG/Nd:YLF/KTA内腔光参量振荡器和Nd:YAG/Nd:YAP/YVO4内腔拉曼激光器,分别实现了724m W的1.5-1.55μm波段双波长信号光和1.79W的1.17-1.2μm波段双波长拉曼光输出,相应的光光转换效率为7.24%和11.3%,同步的脉宽为6ns和4ns。通过改变泵浦光的束腰位置,可有效实现50%～200%的双波长功率调节比例以及±60ns调节范围的脉冲间隔。4.基于主动调Q a-cut Nd:YLF/c-cut Nd:YLF激光器,搭建了差频太赫兹辐射源。利用端面共轴泵浦激光器,获得了功率2.92 W且正交偏振的1047nm/1053nm双波长输出。以GaSe作为差频晶体,实现了1.64THz的太赫兹波输出,最大平均输出功率为0.93μW,能量转换效率3.3×10-7,光子转换效率1.15×10-4。
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