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全固态黄光激光器在大气探测、自适应光学、生物医学、高精度光谱学等领域都有广泛而重要的应用。同时获得高功率、高光束质量的黄激光输出是全固态黄光激光器研究的热点与难点,特别是波长为589 nm的高功率、高光束质量、窄线宽、波长精密调控的钠黄光激光器因具有满足国家战略需求层面的重要应用已成为目前全固态黄光激光器研究的焦点。本论文针对上述激光器研制中的诸多难点,如高功率激光头技术、热管理与热效应补偿技术、光束质量控制技术、谐振腔优化设计技术、高效率和频技术等科学技术问题,结合理论分析,深入研究了研制高平均功率、高光束质量全固态黄光激光器及钠黄光激光器的若干关键技术,取得了此领域的重大进展。主要创新点如下:
1.开展了高功率、高光束质量腔内和频全固态黄光激光器研究。通过建立理论模型,优化设计和频腔参数,在连续波运转方面,研制成功输出功率4.8 W,光束质量M2=4.6的589 nm连续波黄光输出,为腔内和频方案所获得的最高功率连续波全固态黄光输出;在准连续波运转方面,利用自行研制组装的高功率激光头,研制成功输出功率8.1 W,光束质量M2=2.3的589 nm准连续波黄光输出,为目前腔内和频方案所获得的最高功率全固态黄光输出。
2.开展了高光束质量、窄线宽、波长精密调控腔外和频全固态钠黄光激光器研究。创新性的采用环形行波腔获得两路基频光输出,通过采取线宽压窄技术,优化腔外和频参数等手段,在连续波运转方面,研制成功输出功率0.8 W,光束质量M2=1.29,线宽小于1.5 GHz的可调谐589 nm连续波黄光输出;在准连续波运转方面,利用MOPA系统放大基频光后和频,研制成功输出功率大于3W,光束质量M2小于2,线宽小于1 GHz,波长精密可调的589 nm准连续波黄光输出,此结果代表了目前国内此领域的最高水平。
3.用所研制的准连续钠黄光激光器进行了国内首次激光钠导星实验,实现了国内此领域的重大突破,通过了专家组对此项目的验收。