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589nm激光器作为一种新型的光源,在光谱学、激光定位与导航、天文观测等领域都具有重要的应用意义;在人造信标技术应用上,钠信标也具有比瑞利信标更明显的优势和更深远的意义。 由于目前在1178nm处,尚未发现与Nd:YAG的1064nm和1319nm有相等量级的受激辐射强度和与之相应的激光介质,要获得钠黄光波段(589nm)的受激辐射,和频(SFG)是一种较佳的选择。本文采用激光和频技术(SFG),将1064nm和1319nm的基频光在非线性介质LBO晶体中经过光子合成,获得期望的589nm钠黄光。 基于非线性光学理论,分析了非线性介质中的稳态耦合波方程,为了使光转换效率较高,就必须满足相位匹配条件:Δk=0。由双轴晶体折射率方程以及LBO晶体色散关系,并借助计算机数值模拟得到了LBO晶体在Ⅰ类匹配情况下相位匹配角(θ-φ)曲线图;求解出了有效非线性极化系数deff达到最大值的条件,得到有效和频系数随θ角变化的曲线,从而对实验中晶体角度的调节提供了理论依据。另外从理论上分析了晶体温度对实验结果的影响,推导出了LBO晶体的温度匹配条件。 分别讨论了小讯号情况和高转换效率情况下最佳晶体长度与总入射光功率密度I(in)的关系,计算出了晶体内能量分布函数,采用MATLAB计算机软件绘制出了最佳晶体长度与总入射光功率密度的关系曲线,根据实验数据中总入射功率密度可从关系曲线中找到对应的最佳晶体长度。 设计了一种简便高效的和频方案,二极管泵浦Nd:YAG激光器经腔镜镀膜及腔内可倾斜标准具调谐分别输出了波长为1064nm和1319nm的准连续激光,聚焦到满足Ⅰ类相位匹配和温度匹配的LBO晶体中,采用最佳晶体长度,在1064nm和1319nm两束基频光光子数1:1的情况下,通过脉冲同步调节,实现了589nm钠黄光输出,平均功率达到500mW,光光转化效率达到了18%。同时针对热透镜效应和空间烧空效应进行了光学补偿,使得和频光的光束质量M2≈2。考虑到以后锁模工作模式的采用,分析了锁模微脉冲失谐的原因,设计了一套微脉冲重复频率锁定系统,频率锁定偏差<0.01Hz。