郑耀辉[1]2004年在《LD端面泵浦的全固化单频蓝光激光器》文中研究说明全固体化激光器是一种优良的新型光源，在工业、科研、军事等领域发挥着越来越大的作用，一直是近年来激光领域研究的热点之一。激光二极管端面泵浦的固体激光器具有效率高、谱线窄、寿命长、结构简单、使用方便等优点，特别是采用环行谐振腔内加光学单向器构成的单频激光器，由于频率稳定，使其成为许多高水平量子光学实验的主要光源。本论文围绕全固态单频蓝，绿，红外激光器进行了一系列实验研究工作。 1) 设计完成了全固化单频蓝光激光器。首先，我们对增益介质的性质和非线性晶体BBO和LBO的一些性质进行了比较，选取Nd：YAG作为增益介质，LBO作为倍频晶体。理论上分析了激光器设计中的一些参数值，如增益介质长度、模式交迭率、最佳倍频条件，并根据理论分析结果设计了谐振腔。测量了输出激光偏振方向随泵浦光偏振方向变化的关系曲线，得出用线偏振光泵浦时输出激光的偏振度大约为8：1，加Ⅰ类位相匹配的倍频晶体后，基频光的偏振度大于150：1。根据这个结论，无需在腔内插入起偏器，基频光就能偏振运转。在此基础上，我们在实验上设计完成了全固化单频蓝光激光器。在2.4W泵浦功率下，最大单频蓝光输出功率为12mW，光．光转化效率为0.5％，实测的蓝光功率稳定性优于±1.5％，自由运转时的频率漂移小于±22MHz(1分钟)，输出蓝光的光束质量接近衍射极限，腰斑不对称度为1.06。 2) 实验上得到了高效全固化单频Nd：YVO_4激光器。实验上测量了激光器的内腔损耗，并计算得到在泵浦功率等于2.2W时，最佳输出耦合透射率T_(opt)=5.2％。我们用透射率T=4.9％的镜片作为输出镜，当泵浦功率等于2.2W时，最大单频红外激光输出为1W，斜效率为54.1％。 3)试制了整体腔瓦级连续单频绿光激光器，获得1.3W稳定的单频绿光输出，单频绿光激光器的长期功率稳定度小于±1.5％(3小时)。
崔泽强[2]2009年在《473 nm连续波腔内倍频蓝光激光器的研究》文中提出激光二极管(LD)泵浦的全固态蓝光激光器因其波长短、结构紧凑、小型化、寿命长、运转可靠等优点广泛应用于军事、工业、医疗等诸多领域,它的研究成为近年来激光领域的一个研究热点。本论文的主要工作是由激光二极管端面泵浦全固态腔内倍频946 nm的Nd:YAG激光器产生高稳定性473 nm蓝色激光。首先从准叁能级系统的速率方程理论出发,介绍了946 nm激光上下能级间的粒子数反转公式、准叁能级系统的阈值公式和斜效率公式的推导过程,得到了一些指导准叁能级谐振腔设计的有用结论。然后通过调研分析了影响倍频效率的倍频晶体参数,选取较新型晶体BIBO作为倍频晶体,并由耦合波方程研究了倍频转换效率以及相位匹配条件;分析了LD泵浦源及耦合系统、谐振腔、膜系、温控系统的设计原则;然后采用简单紧凑的线性驻波短谐振腔结构搭建了一套连续波腔内倍频全固态蓝光实验系统,在室温下泵浦光功率为2.57 W时,获得最大连续蓝光输出78.1 mW,相应的光-光转换效率为3.04%,功率输出稳定性优于0.5%,在同类激光器中,本实验的输出功率稳定性结果有了较大提高。实验中精心设计的温控系统和谐振腔对输出功率的稳定性起到了重要的作用。
范婷[3]2007年在《LD泵浦全固体473nm蓝光激光器的研究》文中提出LD泵浦全固体蓝光激光器具有结构紧凑、波长短、效率高、寿命长、运转可靠等优点，在高密度光存储、激光彩色显示、海洋应用及水下资源探测、激光制冷、激光生物医学、激光娱乐表演等领域有重要应用价值。但瓦级LD泵浦全固体蓝光激光器产业化相对滞后，且受功率限制而严重影响到其应用。本文针对构成全固体蓝光激光器的单元器件(泵浦源，工作物质，非线性倍频晶体，制冷散热装置等)和整体方案的设计(腔型设计，镀膜方案，模式匹配，光束质量，蓝光噪声等)进行了全面的分析。由准叁能级速率方程，得到了准叁能级阈值表达式和内外部斜效率的表达式；从倍频波耦合方程出发给出了倍频效率公式，进而论述了相位匹配理论及影响倍频效率的参量。通过对几种常用晶体的研究比较，选择了更适于产业化的Nd：YAG作为激光晶体、BIBO作为倍频晶体。采用标准ABCD传输矩阵法和等效g参数法计算了叁镜折迭腔的各个参数，设计出合理的腔结构。在充分考虑端面热透镜效应的前提下计算了Nd：YAG在实验中最大泵浦功率下的热透镜焦距值。通过数值分析方法研究了方形截面复合Nd：YAG激光晶体棒在端面抽运情况下的温度分布及热透镜效应，得到了一系列有指导意义的结论。实验中采用普通的国产Nd：YAG／BIBO晶体，半导体致冷，设计出紧凑线性腔，在3W的泵浦功率下，获得220mW的473nm蓝光输出功率，光一光转换效率达到7.3％；设计出对热效应不敏感的叁镜折迭腔激光器，在18W的泵浦功率下，获得最高710 mW的473nm蓝光输出；尝试搭建对热效应不敏感的四镜折迭腔激光器，采用复合Nd：YAG激光晶体，在18.5W的泵浦功率下，获得最大3.53W的946nm基频光输出。在充分考虑到像散情况下，分别绘制了叁镜和四镜折迭腔内诸光束参数随热焦距的变化曲线。对实验中出现的问题进行了分析，对进一步改进提出了设想。
王垚廷[4]2010年在《全固态连续单频473nm蓝光激光器的理论和实验研究》文中研究说明随着激光技术的飞快发展,全固态蓝光激光器在高密度光学数据存储、彩色激光显示、水下通信和探测、激光医学、激光微加工、激光制冷、材料分析、环境检测、高分辨率激光印刷及广告娱乐等领域有着广泛的应用,因此目前已成为人们的研究热点。对于全固态连续单频激光器来说,由于其具有可以长期稳定运转、输出线宽窄、频率可调、相干长度长、噪声低等特点,广泛应用于科学研究领域、仪器领域、光通信领域、超远距离、超高精度和超高敏感度探测领域、光学全息、干涉、光存储领域、绝对频率稳定及绝对频标等领域中,因此,全固态连续单频蓝光激光器在高精度激光测量、高密度光学全息数据存储、生物技术、紫外频标及科学研究等方面有着优越的用途,也是人们目前研究的热点。根据我们实验室的研究特色,并在已有研究成果的基础上,我们开展了大功率全固态连续单频蓝光激光器的研究。基本设计方案为,以Nd:YAG为激光晶体首先得到连续单频的946nm基频光,然后通过内腔倍频技术得到473 nm的连续单频蓝光。具体研究内容如下：1.在理论上通过把能量传输上转换效应引入准叁能级系统的速率方程,对Nd：YAG激光晶体中946 nm跃迁的准叁能级系统性质进行了详细的分析。关于准叁能级系统的性质,包括自吸收损耗严重,受激辐射截面小及能量传输上转换效应相对明显等,通过从理论上对自吸收损耗表达式进行推导,表明自吸收损耗与激光晶体温度和长度,及激光晶体中泵浦光斑大小成正比。对包括能量传输上转换效应的速率方程进一步研究发现：一方面,能量传输上转换效应的出现使激光器的性能大大改变,包括阈值泵浦功率升高及输出功率下降等；另一方面,能量传输上转换效应(或者参与能量传输上转换过程的粒子数)是一个和激光转换效率有关,即和激光晶体温度、输出耦合透射率及倍频效率等成正比的物理量。2.对激光晶体的热效应进行了详细分析,包括激光晶体的热透镜效应、热致衍射损耗效应及热退偏效应,并把能量传输上转换效应引入分析,结果表明能量传输上转换效应的出现将会给激光晶体带来更严重的热效应,并且能量传输上转换效应感应的热沉积百分比随激光转化效率的变化而变化,即总的热沉积百分比不再是一个常量,而是一个随激光转换效率,包括激光晶体温度、输出耦合透射率及倍频效率等变化的量,因此,热透镜效应、热致衍射损耗效应及热退偏效应也是与激光转换效率有关的物理量。3.以理论分析为基础,并在实验上通过对激光晶体热焦距的测量,设计了一个四镜环形腔,考虑到Nd:YAG晶体各项同性的性质,在腔内插入布儒斯特片用来起偏,同时在腔内插入半波片和TGG晶体组成的光学单向器,迫使振荡激光单向运转,从而实现单频输出。考虑到Nd:YAG激光晶体自吸收损耗与激光晶体温度和长度,及激光晶体中泵浦光斑大小的关系,我们降低了激光晶体温度、优化了激光晶体长度、并采用了芯径为400μm的光纤耦合半导体激光器为泵浦源。考虑到能量传输上转换效应及其感应的热效应和激光转换效率的关系,我们通过优化激光谐振腔腔长和输出耦合透射率,最终得到了1.5W的连续单频946nm激光输出。4.在已得到的连续单频946nm激光器的基础上,将PPKTP倍频晶体插入谐振腔中,通过内腔倍频技术得到了473nm的连续单频蓝光输出。为了提高倍频效率,并考虑到能量传输上转换效应感应的热透镜效应和倍频效率的关系,我们优化了激光谐振腔腔长、PPKTP倍频晶体温度及长度,最终得到了1.01W的连续单频473 nm蓝光输出。5.实验中,由于激光晶体的热致双折射效应导致了热退偏损耗,使得一部分基频光从布儒斯特片反射出来,而且泵浦功率越大反射的越多,这对激光转化效率的提高显然是不利的,但我们也能对反射出来的946nm激光进行利用,并和输出镜输出的473 nm蓝不一·起来得到双波长激光器,以此为基础我们得到了连续单频946nm输出功率为450 mW,同时连续单频473nm蓝光输出功率为1.0l W的双波长激光器。其中,创新性工作包括：1.建立了能量传输上转换效应(或者参与能量传输上转换过程的粒子数)是和激光转化效率,包括激光晶体温度、输出耦合透射率及倍频效率等相关的理论模型,这就说明了能量传输上转换效应感应的热效应,包括激光晶体的热透镜效应、热致衍射损耗效应及热退偏效应也是和激光转化效率有关的物理量。以此理论模型为基础,理论计算和实验结果符合的很好。2.得到了输出功率为1.5W的连续单频946 nm红外激光器,输出功率长期稳定性优于±1%,利用电子伺服系统将激光的频率锁定在共焦法-珀(F-P)腔的共振透射峰上,946 nm激光的频率稳定性优于±1.5 MHz/min。3.得到了输出功率为1.01w的连续单频473nm蓝光激光器,输出功率长期稳定性优于±1.8%,利用电子伺服系统将激光的频率锁定在共焦法-珀(F-P)腔的共振透射峰L473 nm蓝光激光的频率稳定性优于±4 MHz/min。4.考虑到激光晶体热退偏效应的影响并对布儒斯特片反射的946nm激光加以利用,提出了在得到倍频光输出的同时再利用布儒斯特片反射的基频光来得到双波长激光器的方法,最终从实验上得到了连续单频946nm激光输出功率为450mW,同时连续单频473nm蓝光输出功率为1.01W的双波长激光器。
王心诚[5]2008年在《全固态倍频激光器噪声特性研究》文中认为采用激光二极管作泵浦光源的全固体激光器具有体积小、结构紧凑、效率高和光束质量好等优点,应用前景广阔。通过腔内非线性光学混频效应,可高效地获得不同于腔内振荡波长的其它波长激光器。目前激光二极管泵浦腔内混频激光器主要应用于腔内倍频激光器,而提高全固态倍频激光器的性能,降低噪声的同时又要保证高的效率是激光技术领域发展的一个重要方向。本文从理论和实验两个方面研究了连续波腔内倍频蓝光激光器的噪声特性。分析了一个纵模、两个纵模、多个纵模时的噪声情况,合理地解释了实验中激光器单纵模运转以及长腔多纵模运转时稳定输出的实验现象,同时利用该速率方程分析了以各向同性激光晶体Nd:YAG为工作物质,Ⅰ类临界相位匹配,LBO为倍频晶体的蓝光激光器中基频光偏振特性,合理利用Ⅰ类临界相位匹配LBO倍频晶体的偏振特性与引入的石英晶体全波片构成双折射滤光片,通过选单频来抑制噪声,获得了蓝光低噪声的稳定输出。
赵欣[6]2006年在《LD端面泵浦Nd：YAG激光器的研究》文中研究指明本文主要介绍了激光二极管(LD)端面泵浦Nd:YAG晶体激光器的研究本文首先就LD泵浦大功率激光器的发展历程作了简要介绍,并且对当前的研究水平、应用现状以及今后的发展趋势作了综述。第二章对激光二极管(LD)泵浦激光晶体以及Nd:YAG晶体特性作了详细的阐述。第叁章对激光二极管(LD)端面泵浦Nd:YAG激光器的工作原理进行了介绍,并且,我们对1319nm单波长运转条件进行了数学分析,得到“1319nm单波长运转区域图”,该图描述了1319nm单波长运转时输出镜对1319nm和1338nm光波透过率所应满足的关系。根据该理论的指导,在第四章里介绍了激光二极管(LD)端面泵浦Nd:YAG晶体激光器实现1319nm单波长运转的实验。第五章,在第四章实验的基础上继续进行了激光二极管(LD)端面泵浦Nd:YAG 946nm激光器的研究。并对连续以及准连续946nm激光器的实验进行了详细的阐述。本文的创新点是:(1)在实验中以镀膜方法抑制1338nm光波实现1319nm光波单波长运转。由于对波长接近的光波通过镀膜的方法对其一进行抑制有一定难度,因此目前但还没有见到通过对腔镜镀选择性介质膜的方法抑制1338nm光波获得1319nm单波长运转的报道。(2)在实验中获得了端面泵浦Nd:YAG晶体1319nm单波长激光器的国内外最高输出。以往的报道以侧面泵浦产生1319nm单波长运转的研究居多。但是端面泵浦可以弥补侧面泵浦的很多缺陷。比如他具有体积小、重量轻、可靠性高、泵浦效率高的特点。(3)在理论上本文给出了对镀膜透过率的定量的分析。由于1338nm和1319nm两个波长非常接近,因此有必要对腔镜镀膜透过率进行严格的分析,以便能达到实际镀膜工艺水平的要求。在以往的文献里,我们没有见到就该问题的详细阐述和数学分析。
李锋[7]2007年在《LD泵浦全固体蓝光激光器的理论与实验研究》文中提出激光二极管泵浦全固态蓝光激光器具有效率高、稳定性好、结构紧凑、小型化、寿命长等优点，在医学、激光演示、同位素分离、超高密度光存储、精密材料加工、海洋资源探测、光谱分析等领域具有广泛的应用，是近年来全固体激光器件的研究热点。本文主要工作是对激光二极管泵浦、腔内倍频蓝光激光器进行了系统、全面的研究，并取得以下几方面的成果：1、回顾了全固态激光器的发展历程、特点及其应用，蓝光激光器的研究背景以及实现蓝色激光输出的方法。综述了国内外激光二极管泵浦全固态蓝光激光器的研究进展。2、从准叁能级速率方程理论出发，考虑介质再吸收损耗几种泵浦方式下的激光阈值、斜效率，讨论了端面泵浦下激光晶体最佳晶体长度。结果表明，端面泵浦时，在泵浦功率不是很大的情况下，应使晶体的长度接近于最佳值，以使阈值最低。当泵浦功率相当大时，增加晶体长度对外部斜效率的提高贡献大。侧面泵浦时，高斯光束泵浦更有利于系统低阈值运转，大礼帽泵浦光分布有利于大功率激光输出。比较了几种常用于蓝光的激光晶体的物理、光学特性。3、讨论了绝热极限下准单色叁波耦合过程，分别给出了小信号和大信号下的二次谐波转换效率。讨论了非线性光学相位匹配效率问题，对几种可实现蓝光输出的非线性光学晶体的特性进行了分析与比较。4、采用传播圆图解方法分析了几种常用于固体激光器的光学谐振腔的动态工作特性。V型和Z型谐振腔中，影响其稳区宽度及激光晶体中光模半径的主要因素是其第一臂的长度，宽的热稳区和大的光模半径往往不可兼得。讨论了V型折迭腔的像散，在腔内插入布儒斯特片能在一定的热动力范围内近似补偿折迭腔的像差。5、采用数值方法研究了复合激光介质的温度场及热透镜效应，并与相同条件下的普通晶体比较。结果表明，吸收系数越大，两种晶体中最高温度相差也越大。相同条件下复合晶体与普通晶体的f_(GRIN)值接近，但其热透镜效应明显低于普通晶体。热效应下的相位延迟与球面透镜相比存在高阶球差，在激光系统工作中应选择最佳模半径比(W_o／W_p)从而兼顾斜效率和光束质量。用实验方法探测了激光晶体中热效应产生的干涉图样。6、采用光腔衰荡法测量了在所需波长同批次激光镜片的反射率。采用3W半导体激光二极管(LD)，经过耦合系统泵浦Nd：YAG晶体，采用Ⅰ类相位匹配BIBO晶体腔内倍频，获得了220rmW 473nm蓝光，光转换效率达到7.3％，系统输出功率稳定性优于3％。对研究结果进行了产品化开发，产品体积小，能耗低，效率高，输出光斑好，性能稳定可靠。采用光纤耦合大功率半导体激光端面泵浦Nd：YAG晶体，折迭腔结构最大获得了3.2W、946nm的红外光。在腔内引入BIBO倍频晶体，最大输出了710mW的473nm的蓝光，此系统正在进一步优化和产品工程技术转化之中。在腔内测量了LD端面泵浦Nd：GdVO_4晶体900nm附近的激光谱线，发现四能级跃迁直接影响准叁能级激光的有效运转，而其900nm附近的则跃迁由于腔损耗的增大而蓝移。
薛庆华[8]2004年在《全固态蓝光激光器噪声特性的研究》文中研究说明从理论和实验两个方面研究了连续波腔内倍频蓝光激光器的噪声特性。将腔内多纵模倍频速率方程推广应用到准叁能级蓝光激光器中，分析了一个纵模、两个纵模、多个纵模时的噪声情况，合理地解释了实验中激光器单纵模运转以及长腔多纵模运转时稳定输出的实验现象，同时利用该速率方程分析了以各向同性激光晶体Nd:YAG为工作物质，Ⅰ类临界相位匹配LBO为倍频晶体的蓝光激光器中基频光偏振特性，合理利用Ⅰ类临界相位匹配LBO倍频晶体的偏振特性与引入的石英晶体全波片构成双折射滤光片，通过选单频来抑制噪声，获得了蓝光低噪声的稳定输出。在泵浦功率为1.2W的情况下，获得了25mW的473nm蓝光低噪声输出，功率稳定性优于5％，rms％(10Hz～50kHz范围)噪声小于0.3％，光束质量因子小于1.2，相干长度大于5m，频宽约为60MHz，对应的线宽约为0.00005nm。
刘蓉[9]2007年在《LD泵浦Nd：GdVO_4全固态蓝绿激光器的研究》文中进行了进一步梳理本文依据激光速率方程以及激光器件热效应的分析，对于激光二极管(LD)泵浦的全固态蓝绿激光器做了比较全面系统的研究，主要内容如下：1、通过对于掺Nd~(3+)离子激光晶体能级结构的分析，得出了四能级激光速率方程，以及激光二极管端面泵浦全固态激光器的阈值泵浦功率和斜率效率的表达式，并讨论了影响四能级激光器阈值泵浦功率和斜率效率的各种因素。2、通过对于非线性光学耦合波方程的讨论，研究了二次谐波的产生机理和倍频转换效率。同时，从光量子角度出发，研究了非线性光学中的相位匹配条件。3、通过对全固态激光器件工作特性的分析，建立了符合实际特点的单端泵浦方形激光晶体热模型，并得到激光器件温度场及其热形变场的数值计算通解表达式。结合Nd∶GdVO_4晶体的特性，分析了影响Nd∶GdVO_4晶体温度场分布的各种因素，并通过实验更直观地分析了激光晶体的热透镜效应，为有效解决全同态Nd∶GdVO_4激光器中的热问题提供了理论依据。4、研制出LD单端泵浦Nd∶GdVO_4／KTP连续绿光激光器，在19.7W的注入功率下获得了3.68W的连续绿光激光输出，考虑到准直聚焦筒10％的耦合损耗，实现光-光转换率21％。其输出功率和热稳定性方面在国内LD泵浦全固态连续绿光激光器研究领域中处于领先水平。5、根据光腔衰荡光谱技术，建立了全固态蓝光激光器腔镜高反射率的精密测量系统。采用直型和折迭型衰荡光腔，检测了固体激光器高反腔镜在946nm的反射率。实验测得平凹镜的反射率为99.7943％，相对误差精确到10~(-5)；平面反射镜的反射率为99.7997％，相对误差精确到10~(-4)。将检测过的高反镜用作LD泵浦Nd∶YAG／BIBO蓝光激光器实验的腔镜，在3W泵浦功率下得到220mW的473nm蓝光输出，转换效率达到7.3％，为实现小型激光器产业化打下基础。6、对LD泵浦Nd∶GdVO_4准叁能级激光器进行研究，得到准叁能级912nm红外激光，为进一步研制LD泵浦Nd∶GdVO_4蓝光激光器提供理论和实验依据。
赵利民[10]2008年在《存在能量传递上转换的全固化蓝光激光器研究》文中提出由于倍频蓝光的产生,掺Nd晶体的准叁能级激光器前景好,如Nd:YAG,Nd:YVO_4,Nd:GdVO_4和Nd:YLF等晶体。作为全固化激光器光源,在高密度存储、彩色显示、海洋通信和生物医学等方面有很多用处。LD泵浦全固化蓝光激光器是目前激光技术领域研究的热点。和强的四能级跃迁相比,掺Nd晶体准叁能级跃迁的有效激光产生更困难。准叁能级跃迁的关键问题是室温时存在严重的再吸收损耗和小的受激发射截面。论文出于产业化的考虑,采用了端面泵浦Nd:YAG/LBO腔内倍频直腔获得473 nm的方法。理论上分析了Nd:YAG准叁能级速率方程、能量传递上转换(ETU)效应、热透镜效应并对单元器件的性能进行了分析。掺Nd晶体的激光器中,ETU是一种严重的效应。分析了包括ETU效应影响的准叁能级激光器模型,做了严格的数值计算来研究ETU对热效应、粒子数反转的空间分布、阈值和输出功率的影响。最后,结合理论和实验数据的分析,研究了热透镜焦距,选择了合适的激光腔模半径w_L值进行了实验,获得了5.6 W 946 nm激光输出和1.3 W 473 nm蓝光输出。
参考文献：
[1]. LD端面泵浦的全固化单频蓝光激光器[D]. 郑耀辉. 山西大学. 2004
[2]. 473 nm连续波腔内倍频蓝光激光器的研究[D]. 崔泽强. 吉林大学. 2009
[3]. LD泵浦全固体473nm蓝光激光器的研究[D]. 范婷. 西北大学. 2007
[4]. 全固态连续单频473nm蓝光激光器的理论和实验研究[D]. 王垚廷. 山西大学. 2010
[5]. 全固态倍频激光器噪声特性研究[D]. 王心诚. 长春理工大学. 2008
[6]. LD端面泵浦Nd：YAG激光器的研究[D]. 赵欣. 天津大学. 2006
[7]. LD泵浦全固体蓝光激光器的理论与实验研究[D]. 李锋. 西北大学. 2007
[8]. 全固态蓝光激光器噪声特性的研究[D]. 薛庆华. 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）. 2004
[9]. LD泵浦Nd：GdVO_4全固态蓝绿激光器的研究[D]. 刘蓉. 西北大学. 2007
[10]. 存在能量传递上转换的全固化蓝光激光器研究[D]. 赵利民. 长春理工大学. 2008