【摘 要】
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作为三阶非线性效应,受激拉曼散射是扩展激光光谱区域的有效方法,并且拉曼激光器已被证实不仅结构简单,而且还具有“光束净化”及自相位匹配等特性,是实现高亮度、高功率及特殊波长激光输出的重要手段。为了实现特定波长的高功率、高光束质量激光输出,大量科研人员开始着眼于新型拉曼增益介质和激光器结构的研究。金刚石晶体因其导热性好、透射光谱宽以及拉曼增益系数高等特点引起广泛关注,又因近些年来,人造金刚石技术的日益
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作为三阶非线性效应,受激拉曼散射是扩展激光光谱区域的有效方法,并且拉曼激光器已被证实不仅结构简单,而且还具有“光束净化”及自相位匹配等特性,是实现高亮度、高功率及特殊波长激光输出的重要手段。为了实现特定波长的高功率、高光束质量激光输出,大量科研人员开始着眼于新型拉曼增益介质和激光器结构的研究。金刚石晶体因其导热性好、透射光谱宽以及拉曼增益系数高等特点引起广泛关注,又因近些年来,人造金刚石技术的日益成熟,金刚石拉曼激光器(DRL)成为极具发展前景的研究对象。特别地,1.5μm波段的激光具有大气窗口的特性,并且对人眼安全,这对于医疗、测距、雷达和其他此类领域的应用至关重要,本文采用Nd:YAG激光器泵浦DRL实现了一阶和二阶斯托克斯激光输出,具体研究内容如下:(1)概述了金刚石拉曼激光器的研究现状,阐述了有关金刚石拉曼激光器的基本理论,从金刚石晶体的结构与特性入手,对比一般常用拉曼晶体,分析了其作为拉曼增益介质的优势,进而又介绍了受激拉曼散射及级联拉曼激光器的基本原理,分析了一阶和二阶拉曼的稳态模型。基于其稳态模型,对亮度增强特性进行了模拟仿真,为实验研究提供了理论支撑。(2)设计并搭建了准连续LD泵浦的Nd:YAG激光器作为DRL的泵浦源,通过改变重复频率和电源电流的大小,实现了光束质量因子在1.1-2.6范围内可调,最大功率达到~350 W,为研究金刚石拉曼激光器的输出特性创造了条件。(3)采用1064 nm准连续Nd:YAG激光器泵浦金刚石拉曼激光器,对一阶、二阶Stokes光的输出特性进行了研究。最终获得72 W的最大一阶Stokes功率输出,对应转换效率20.5%,相应的光束质量因子M~21S=1.13,相比泵浦光束质量得到一定改善,及具有一定的光束“净化”作用;采用对二阶Stokes透过率为55%的输出镜,获得了110 W的最大二阶Stokes光(1485 nm)输出。本论文中,不管是输出Stokes功率还是亮度增强因子,都尚未达到极限,若进一步优化,我们有希望获得更高功率、更高亮度增强因子的Stokes光输出。该研究为将来基于级联DRL实现更高功率和亮度的1.2μm、1.5μm(以及其他难以通过激光增益介质直接辐射获得的其他波长)激光输出奠定了基础。
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