基于晶体拉曼放大技术的单纵模589nm激光器研究

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波长为589nm的激光,可以用做钠导星系统的光源。高功率、窄线宽的钠黄光可以激发大气中钠原子的D2跃迁,产生共振荧光,补偿大气湍流导致的像致退化,提高天文望远镜的分辨率,在天文和国防军事领域有不可或缺的作用。  近几十年来,钠导星激光器发展迅速,多种实现钠导星激光器的方案不断被提出。其中基于晶体拉曼放大技术的钠导星激光器具有巨大的发展潜力,可以实现高能量、大功率、窄线宽、好的光束质量的激光输出,同时具有稳定性高、结构紧凑等优点。  本论文以Nd:GGG晶体作为激光增益介质,利用环形腔的方法,对单纵模被动调Q1062nm激光器进行了理论和实验研究。利用行波放大的方式研究了单频Nd:GGG激光放大器的输出特性。以Nd:GGG激光放大器产生的1062nm单频激光作为泵浦源,以BaWO4晶体为拉曼介质,研究了1178nm外腔单频拉曼激光器和1178nm单频拉曼放大器。具体研究内容如下:  1.研究了准连续LD端面泵浦单纵模被动调Q Nd:GGG激光器的输出特性。通过搭建环形行波腔的方法实现了激光器的单纵模运转。研究了在LD准连续泵浦模式下,被动调Q激光器的单脉冲能量,脉冲宽度,泵浦阈值随被动调Q晶体小信号透过率的变化关系。当被动调Q小信号透过率为61%时,获得了单脉冲能量437μJ,脉宽43ns,重复频率5Hz的单频脉冲输出。  2.研究了以Nd:GGG晶体为增益介质的脉冲放大器的输出特性。通过五级灯泵放大模块,在保证输出光束质量良好的情况下,将单脉冲能量140μJ,脉宽120ns,重复频率5Hz的单频1062nm种子源,放大到700mJ,单脉冲能量放大倍率为5000。同时利用偏振补偿结构,将最终输出偏振度提高到83%以上。  3.研究了外腔单频1178nm BaWO4晶体拉曼激光器的输出特性。采用脉宽为130ns的1062nm单纵模激光作为泵浦光,研究了拉曼泵浦光在百纳秒以上时,拉曼激光器的输出特性。在泵浦单脉冲能量59mJ,泵浦脉宽130ns时,获得了单脉冲能量3.35mJ,脉宽为63ns的单频1178nm拉曼光输出。  4.对泵浦光脉宽百纳秒以上的单频晶体拉曼放大器做了探索性工作。设计和搭建了BaWO4单频拉曼放大器。拉曼放大器泵浦源为脉宽170ns的单频1062nm激光器,单频拉曼种子源最高单脉冲能量为3.35mJ,脉冲宽度为63ns,将三块BaWO4晶体串联,使总增益长度达到12cm。通过理论计算得到了当前实验设置下拉曼放大器的输出能量随泵浦能量的变化关系。
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