固体腔内和频拉曼黄光激光器理论和实验研究

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黄绿光激光在藻红蛋白,免疫检测,显微荧光应用等领域有着广泛的应用,尤其处于560nm波段的黄绿激光已经实际应用于医学,例如治疗雀斑和皱纹等。受激拉曼散射效应(SRS)是获得新的激光谱线的有效方法,近年来,随着优良拉曼晶体的出现,全固态拉曼激光器因其结构简洁紧凑,机械性能和热性能好等特点愈来愈引起人们的关注,并已经取得较大的发展。利用拉曼激光器产生的激光获得黄光激光的方法主要有两种,一种是通过和频作用(SFG)和频基频光和一阶斯托克斯光产生;一种是通过倍频(SHG)作用倍频一阶斯托克斯光产生。最近几年,SHG发展迅速,人们已经做出了较高效率的倍频黄光激光器,但是由于没有相应的晶体产生1160nm的近红外光,SHG便无法产生560nm光谱段的黄光,因而利用SFG是产生560nm波段的黄光显的尤为重要。  据我们所知,目前还没有人对被动调Q腔内和频拉曼黄光激光器进行实验研究。本论文主要是进行这项工作。  首先利用速率方程理论对被动调Q腔内和频拉曼激光器进行了研究。推导出了与SFG过程有关的项,假设光子数密度的空间分布为高斯分布,建立了和频拉曼激光器速率方程,对方程进行归一化处理,研究了归一化的综合参量对激光器性能的影响,确立了实验中参量的合理取值范围。  其次,本论文对和频晶体的相位匹配和有效非线性系数计算理论进行了分析。通过几种常见非线性晶体的分析,选取KTP晶体作为实验中的和频晶体,以KTP晶体为例,详细介绍了双轴晶体的相位匹配角及有效非线性系数计算理论,并对两种双轴晶体有效非线性系数计算理论的计算结果进行了比较和分析,明确了两者之间的异同与注意事项。  然后,实验研究了被动调Q腔内拉曼激光器。首次使用PbWO4晶体进行了LD泵浦Cr4+:YAG被动调Q的内腔式拉曼激光器的研究,获得了稳定的、调制深度100%的调Q锁模拉曼脉冲。泵浦功率为6.3W时,获得的锁模拉曼激光输出功率为582mW,泵浦光到一阶斯托克斯光的转换效率为9.24%,斜效率10.6%,调 Q脉冲重复率41.3kHz,脉宽为6ns,锁模脉冲重复率1.1GHz,锁模脉冲宽度小于207ps。采用LD泵浦Cr:YAG被动调Q内腔式平凹腔结构,对SrWO4晶体拉曼激光器进行了系统研究,泵浦功率5.2W的时候,获得了968mW的脉冲功率输出,从泵浦功率到拉曼光的光光转换效率达18.6%,高于之前人们关于被动调Q内腔式SrWO4晶体拉曼激光器报道的效率。另外,我们研究基频光和拉曼激光器输出光的偏振特性,并对偏振光形成的原因及调节自由度进行了分析。  最后,在拉曼激光器的实验基础上进行了被动调Q腔内和频激光器的实验研究,泵浦功率4.5W的时候,获得了85mW的脉冲功率输出,从泵浦功率到和频光的光光转换效率约为1.9%,脉冲宽度3ns左右。
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