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激光的用途越来越广,而其安全性也被广泛关注。人眼的特殊结构决定了人眼安全波段为波长1.4~2 μm。该波段激光在辐射人眼时,大部分被晶状体所吸收,只有少部分到达视网膜,对人眼危害较小,所以称为人眼安全激光。其中,1.5x μm激光波段已成为人眼安全激光的主流。全固态拉曼(Raman)激光器因其小型、高效、稳定、长寿、全固态、启动快、高重复频率、便携式等优点成为获得人眼安全激光的最有效途径之一。本文主要是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和实验研究,从而设计出几种结构的人眼安全激光器。其主要内容包括下面几个方面:
一、利用传输矩阵法,介绍了如何从理论上分析计算以及设计一个稳定腔结构,并设计了一个高功率的1342nm波长激光器,提供了进一步利用拉曼散射频移产生1.5x μm人眼安全激光波段所需的本振光。
二、分别从拉曼晶体的选择、谐振腔结构的设计、热透镜效应等三方面较系统地阐述了如何设计1.5xμm全固态拉曼激光器。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,优化固体拉曼激光器谐振腔的设计方案。
三、经过优化设计,得到体积小、成本低、高效、稳定、长寿、全固态、启动快、高重复频率、光束质量好等特点的下列三种人眼安全激光器:1.直线腔式的以YVO4为拉曼介质的1.5x μm激光器,脉冲形式输出1525nm波长激光,得到的最大平均输出功率为1.17W,最小脉宽为14.0ns,峰值功率为2.8kW,斜率效率为12.5%,光光转换效率为8.9%。2.折叠腔式的以YVO4为拉曼介质的1.5xμm激光器,脉冲形式输出1525nm波长激光,得到的最大的平均输出功率为1.27W,最小脉宽为12.1ns,峰值功率为10.6kW,斜率效率为14.7%,光光转换效率为9%。3.直线腔式的以SrWO4作拉曼介质的1.5xμm激光器,脉冲形式输出1531nm波长激光,得到的最大的平均输出功率为1.93W,最小脉宽为4.9ns,峰值功率为26.8KW,斜率效率为23.3%,光光转换效率为12.4%。