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光学变频技术可使激光波段得到有效拓展,从而满足对各种不同波段激光的需要。属三阶非线性光学效应的受激拉曼散射是重要的光学变频技术之一,与倍频、和频、三倍频、光参量振荡及放大一样,得到了广泛的应用。
全固态拉曼激光器因其小型、高效、稳定、长寿、全固态、启动快、高重复频率、便携式等优点成为研究的热点,特别是人眼安全1.5xμm全固态拉曼激光器更是倍受关注。本文结合全固态拉曼激光器当前的研究现状与未来发展趋势,对二极管泵浦的全固态拉曼激光器进行了初步的理论分析,设计并实验研究了几种不同结构的全固态拉曼激光器。主要包括以下几个内容:
一、分别从晶体的选择、谐振腔结构的设计、泵浦方式、热透镜效应等方面较系统地阐述了如何设计全固态拉曼激光器。并对不同切割方向、不同掺杂浓度、不同晶体尺寸的激光晶体和不同尺寸的拉曼晶体以及腔长对拉曼激光输出特性的影响进行了理论分析与实验比较,为优化设计后续的实验提供了参考。
二、以Nd:YVO4作为增益介质设计了一个主动调Q的1342 nm波长激光器,为产生1531 nm人眼安全拉曼激光提供了所需的基频光源。在入射泵浦(808 nm)功率15.6 W、重复频率30 kHz时,1342 nm激光输出平均功率达到4.3 W,斜效率为30%,光光转换效率为27.5%。
三、设计了以Nd:YVO4作为激光晶体、SrWO4作为拉曼介质、内腔式、准连续人眼安全拉曼激光器。在泵浦功率15.6 W、重复频率35 kHz时,得到最大平均功率1.927 W的1531 nm拉曼激光输出,斜效率为23.3%,光光转换效率为12.4%,拉曼转换效率为45.7%;在重复频率为5 kHz时,得到脉宽4.9 ns拉曼激光输出,峰值功率为32.2 kW。
四、设计了以Nd:YVO4作为激光晶体,SrWO4作为拉曼介质、1179 nm直线内腔连续拉曼激光器,在最大泵浦功率17.6 W时,得到了最大功率1.13 W的连续拉曼激光,斜效率为14.2%,光光转换效率为6.4%。
五、设计了以Nd:YVO4作为激光晶体,YVO4作为拉曼介质、折叠腔、准连续、人眼安全(1525 nm)的拉曼激光器。在泵浦功率16 W、重复频率10 kHz时,得到平均功率1.27 W的1525 nm拉曼激光输出,斜效率为14.7%,光光转换效率为9%,此时脉宽为12 ns,峰值功率为10.6 kW。