基于晶体双折射可调谐全固态激光器的研究

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可调谐全固态激光器具有紧凑的结构,工作性能稳定优越,可广泛用于光谱分析、复用光通信、激光测距、集成光学、激光医疗等诸多领域。多年来,工作波长处于900 nm以上的Nd:YAG全固态激光器的激光器技术已经日渐成熟。900 nm以下的低波长激光在环境监测、激光雷达、大气通信、作为间接得到用于高密度数据存储和细胞计数的蓝色激光的种子光源等领域有重要科研价值。然而,低于900 nm的激光波长拓展还存在空白,尤其在900 nm以下的低波长可调谐Nd:YAG全固态激光器少有研究。本文提出了一种基于晶体双折射的低波长可调谐全固态激光器实验方案,实现了869 nm(纯三能级)、875 nm(准三能级)、878 nm(准三能级)输出的三能级Nd:YAG可调谐激光器。其中,得到869 nm波长激光的最高输出功率为1.21 W。此外,还首次实现了875 nm和878波长的同时运转双波长Nd:YAG全固态激光器;当吸收泵浦功率为18.6 W时,获得了875 nm和878 nm激光的最大输出功率分别为0.48 W和0.62 W。以下是本文的主要工作:(1)从组成和工作特性等方面介绍了Nd:YAG全固态激光器,重点从理论分析了增益介质(Nd:YAG晶体)的能级和光谱特性。(2)阐述了双折射滤光片的工作原理,并利用往返光腔本征方程和往返琼斯矩阵方法推导了光束经双折射滤光片的透射特性,分析了利用谐振腔和双折射滤光片抑制强辐射谱线和非目标谱线从而实现低于900 nm工作波长可调谐激光器的可行性。(3)实验研究了基于晶体双折射的可调谐激光器,实现了869 nm、875 nm、878 nm三个波长的可调谐激光输出。同时,研究吸收泵浦功率、输出耦合镜透射率对激光器输出功率的影响。(4)实验研究基于晶体双折射的同时运转双波长激光器,输出了875 nm、878nm的双波长激光。同时,研究了激光器的双波长稳定性以及吸收泵浦功率、输出耦合镜透射率对激光器输出功率的影响。总之,本文对晶体双折射的波长可调谐特性进行了详细的理论分析,并实验研究了基于晶体双折射的可调谐激光器,实现了869 nm、875 nm、878 nm三个波长输出的三能级可调谐Nd:YAG全固态激光器,以及875 nm和878 nm同时运转的双波长激光器。本文的研究为之后利用晶体双折射性质与谐振腔结合抑制非目标波长激光进而实现可调谐低波长输出的激光器提供了新的思路。
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