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受激拉曼散射(Stimulated Raman scattering,SRS)是一种高效的激光频率变换方法,所得到的拉曼激光光谱遍及紫外到近红外范围,大大拓宽了已有的激光波长范围。目前,全固态拉曼激光器因具有结构紧凑、高效率、稳定性好等优良特性,在军事、交通、医疗、信息和工农业等领域都有着普遍的应用。 全固态拉曼激光器按其运转方式分为连续波拉曼激光器和脉冲拉曼激光器。在连续波拉曼激光器中,严重的热效应是限制激光器性能提升的关键问题。共振泵浦方式是一种减轻热效应的有效手段,但存在泵浦吸收率低的问题,限制了光光转换效率的提高。因此,本论文采用波长锁定878.9nm激光二极管共振泵浦复合YVO4/Nd∶YVO4/YVO4晶体,在采用共振泵浦复合晶体方法改善热效应的基础上,利用波长锁定半导体激光器的窄线宽与激光晶体共振泵浦吸收带的精确匹配来提高泵浦吸收率,在改善热效应的同时提高了泵浦吸收率。在此基础上,论文对自拉曼和内腔分体式两种结构的连续波拉曼激光器进行了初步的理论和实验研究,详细研究了晶体性能、谐振腔结构和稳定性对连续波拉曼激光器性能的影响。具体研究内容如下: 一、以复合YVO4/Nd∶YVO4/YVO4晶体作为自拉曼介质,引入波长锁定878.9nm激光二极管作为泵浦源,在采用共振泵浦技术和复合晶体改善热效应的基础上,提高了泵浦光吸收效率,实现了1.1xμm波段多波长连续波自拉曼激光器的高效运转。当泵浦光功率26W时,获得了最高5.3W的1.1xμm波段的多波长拉曼激光输出,光光转换效率达到20%。拉曼阈值为0.92W,相应的斜率效率为21%。相比808nm传统泵浦,自拉曼激光器的输出功率和转换效率都明显提高。 二、对波长锁定878.9nm激光二极管共振泵浦复合YVO4/Nd∶YVO4/YVO4晶体的全固态连续波自拉曼激光器进行了详细的理论研究。考虑了激光晶体在共振泵浦时的热透镜效应,采用ABCD传输矩阵法和等效G参数法,计算了当采用不同曲率半径输出镜时腔内振荡激光的腔模参数,通过比较泵浦光与振荡激光模式匹配的情况和拉曼晶体中基频光功率密度的大小,分析了不同腔结构对拉曼激光输出功率的影响,给出了实验结果的理论解释,并进一步优化设计了谐振腔结构。 三、采用波长锁定878.9nm激光二极管共振泵浦复合YVO4/Nd∶YVO4/YVO4激光晶体,改善热效应的同时提高泵浦吸收率,分别以YVO4和BaWO4晶体作为拉曼介质,实验和理论研究了晶体性能、谐振腔结构和稳定性对内腔分体式连续波拉曼激光器性能的影响。结果表明:由于内腔分体式拉曼激光器腔长较长,谐振腔稳定性对激光器性能影响较大,选择高增益的BaWO4拉曼晶体,不仅可获得高拉曼转换效率,还能一定程度上减轻热效应。而平凹腔结构中输出镜的曲率半径越小,拉曼晶体中基频光的功率密度越大,腔的动态稳定区越宽,获得的拉曼激光输出功率更高。最终以30mm的BaWO4晶体作为拉曼介质,在泵浦功率25.1W时,获得了2.86W的连续拉曼激光输出,光光转换效率达到11.4%。