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基于全固态激光及其频率变换技术发展的紫外(UV)全固态激光器具有功率高、效率高、结构紧凑体积小、稳定性好、可靠性高及寿命长等优点,在科学研究、国防建设和工业生产等领域有广阔的应用前景。其中,基于1.3μm全固态激光四倍频技术发展的330 nm UV激光,具有两项特殊重要应用:一是该波长激光接近KBBF晶体的倍频截止边,可倍频产生165 nm深紫外(DUV)激光,这是目前通过固体激光倍频技术产生的最短波长激光,可大大提高光电子能谱仪等科学仪器的性能;二是该波长激光可对准大气电离层Na原子3S1/2→4P3/2谱线,产生多色激光钠导引星,用于自适应光学系统校正大气倾斜像差,可极大地提高地基望远镜的成像分辨率。此外,330nm紫外激光也可用于激光精密制造领域,其波长短、聚焦光斑小,并且光子能量高、可直接破坏材料的化学键,热效应小,是一种“冷加工”,其加工精度高、速度快。因此,本论文开展了高功率高光束质量1319 nm Nd∶YAG激光及其高效二倍频与四倍频技术研究,获得了高功率高光束质量330 nm紫外激光输出,并基于KBBF晶体获得了八倍频165 nm DUV激光输出。具体来说,主要成果如下: 1、高功率高光束质量全固态1319 nm Nd∶YAG基频激光技术研究:设计了双棒串接L型平-平热近非稳腔结构,采用腔镜镀膜技术抑制了其他谱线竞争,优化输出镜的透过率和腔结构,获得了平均功率23.2 W的1319nm基频激光输出,重频1 kHz,脉宽~75 ns,光束质量M2=1.15,这为获得高功率330nm紫外激光提供了优质的基频源。 2、1319 nm Nd∶YAG激光高功率高光束质量二倍频技术研究:基于上述高功率高光束质量1319 nm基频激光,采用Ⅱ类非临界相位匹配LBO晶体,通过理论模拟和精密调节,实现了高效二倍频660nm红光激光输出,获得平均功率11.3W,倍频转换效率为48.7%,重频1 kHz,脉宽~64 ns,光束质量M2=1.08。 3、1319 nm Nd∶YAG激光高效高功率四倍频技术研究:进一步采用Ⅰ类相位匹配LBO晶体对上述研制成功的高功率高光束质量660 nm红光倍频,首次实现了高效四倍频330 nm紫外激光输出,获得平均功率7.0 W,从红光到紫外激光的倍频转换效率高达61.9%,重频1 kHz,脉宽~50 ns,光束质量M2=1.45。 4、固体激光八倍频165 nm技术研究:基于上述高功率、高光束质量330nm紫外激光,采用KBBF晶体实现了八倍频165 nm DUV激光输出,平均功率达2.14 mW,这是目前国际上通过固体激光倍频技术产生的最短波长激光。