【摘 要】
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双波长激光技术在生物医学、高精度测量、光谱学研究等领域有着极其重要的作用,此外也是光学差频产生太赫兹波的理想方案。与基于单增益介质不同发射谱线实现双波长信号输出的方案相比,基于双增益介质共腔型结构的双波长信号输出避免了增益竞争现象的产生,并且共用一个谐振腔体和输出耦合镜可以使激光器结构紧凑。本文基于影响激光二极管端面抽运双增益介质共腔型激光器输出特性的多种因素,开展了相关理论和实验研究,实现了基于
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双波长激光技术在生物医学、高精度测量、光谱学研究等领域有着极其重要的作用,此外也是光学差频产生太赫兹波的理想方案。与基于单增益介质不同发射谱线实现双波长信号输出的方案相比,基于双增益介质共腔型结构的双波长信号输出避免了增益竞争现象的产生,并且共用一个谐振腔体和输出耦合镜可以使激光器结构紧凑。本文基于影响激光二极管端面抽运双增益介质共腔型激光器输出特性的多种因素,开展了相关理论和实验研究,实现了基于不同参数掺钕钒酸盐晶体组合的共腔型激光器输出功率的均衡分布。概述了实现输出双波长激光信号功率均衡分布的方案和相关研究动态。基于四能级速率方程理论,推导了双增益介质共腔型激光器的阈值抽运功率和输出功率的表达式,系统分析了双增益介质共腔型激光器在连续模式下的输出特性和功率均衡机制。理论上分析了双增益介质共腔型激光器的功率调谐特性,对改变增益介质内抽运光束腰位置、增益介质热沉温度和抽运源工作温度三种方案进行建模仿真。理论仿真结果表明,移动抽运光束腰位置于双增益介质的胶合/贴合面附近实现粗调功率均衡,对于特定参数的双掺钕钒酸盐增益介质共腔型激光器,固定束腰位置并将热沉温度升至31℃,实现精调功率均衡。对于吸收系数、长度尺寸相近的增益介质组合方案,采用调整抽运源工作温度控制抽运波长漂移的方法调谐功率,相对功率比P1063 nm/P1064 nm为0.44,抽运源工作温度从18℃升至25.6℃,抽运波长从805 nm漂移至807 nm附近,输出功率实现均衡分布;当相对功率比为0.30,工作温度需上升至28.2℃,抽运波长漂移至808 nm附近,才能实现功率均衡。实验基于掺杂浓度分别为0.5 at.%和1.0 at.%Nd:YVO4晶体和Nd:Gd VO4晶体的组合方案进行温控增益介质调谐功率。抽运功率为3W,固定抽运光束腰位置在增益介质内1.5 mm,当热沉温度从5℃升温至32.3℃,输出双波长激光功率达到均衡分布状态,总输出功率为435m W。基于掺杂浓度分别为0.5 at.%和0.2 at.%的Nd:Gd VO4晶体和Nd:YVO4晶体的组合方案进行温控抽运源调谐功率。抽运波长的温漂率实测为0.3 nm/℃。抽运功率为3.7 W,固定束腰位置在增益介质内5.75 mm,当抽运源工作温度从18℃升高至24.3℃,抽运波长从805 nm红移至807 nm附近,输出双波长激光功率达到均衡分布状态,且总输出功率最大为219.2 m W;当固定束腰位置于6.0 mm,工作温度需升至28.6℃,抽运波长红移至808 nm附近,输出信号才能实现功率均衡。实验结果和理论仿真结果符合度较好。
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