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固体激光频率转换技术研究

2020-12-08阅读(153)

固体激光频率转换技术研究

论文摘要

激光由于其高单色性,强相干性以及优良的方向性,在工业、军事、能源、医疗、通讯等各大领域具有越来越重要的应用价值,被称为20世纪最伟大的科研成果之一。但受限于激光增益介质的能级结构,最初的激光输出波长过于单一,无法满足工程以及科研方面的需求。激光频率转换技术的出现,成功的突破了这一限制,大大拓宽了激光输出波长窗口,成为了获得新激光光源的有效手段,开启了激光技术的新时代。在实际应用过程中,激光频率转换仍存在光束质量难以保证、光学元件损伤等问题,本论文针对固体激光的倍频、三倍频过程展开研究,具体研究内容如下:(1)针对迈克尔逊干涉装置监测水溶法KDP晶体生长对激光光源高光束质量的需求,研制了一台532nm连续绿光固体激光器,代替现有的氦氖光源,以解决氦氖光源功率低、光束质量差,水吸收相对较大的问题。该激光器输出功率为300mW,光束质量因子Mx2和均为1.03,2小时内输出功率稳定性为1%。(2)针对超声成像对激光光源多波长、高峰值以及易于光纤耦合的需求,利用双谐振腔结构研制了一台1064 nm与532 nm输出可切换的固体激光器。利用偏振旋转以及偏振分光特性,通过对旋光晶体进出的控制,使激光器在不同的谐振腔中工作,从而输出不同波长。该激光器的激光输出重频为10kHz,在脉冲周期达到了Nd:YV04上能级寿命极限的情况下,1064nm输出功率可达3.6W,脉冲宽度为10ns,光束质量因子Mx2和My2分别为1.19和1.18;532nm输出功率为2.5W,脉冲宽度为8.7 ns,光束质量因子Mx2和My2My2分别为1.2和1.18。(3)针对3C打标对激光光源短波长、高重频以及光束质量的需求,研制了一台紫外激光器。为降低热透镜的影响,该激光器采用凸面镜作为前腔镜;为解决紫外膜层损伤问题,采用布儒斯特角切割的LBO晶体作为三倍频晶体,该晶体可实现三波分离,避免了在谐振腔内插入分光镜。该激光器重复频率可调,在重复频率为40kHz时,可实现3.65W的紫外激光输出,脉冲宽度为17.5ns,光束质量因子Mx2和My2分别为1.13和1.32。(4)为消除惯性约束核聚变驱动器终端光学组件中熔石英透镜的紫外损伤问题,理论与实验研究了利用拼接晶体实现汇聚光束三倍频的构型方案。分析了汇聚光束的偏振、非线性系数以及相位匹配情况。模拟了汇聚光束三倍频转换效率,设计了 3块拼接LBO晶体,并利用口径为18mm的光斑进行F数为25的汇聚三倍频实验,获得了 110 mJ的汇聚紫外光,三倍频转换效率为20%,验证了该方案的可行性。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 符号说明
  • 第一章 绪论
  •   1.1 引言
  •   1.2 激光频率转换原理
  •   1.3 相位匹配技术
  •   1.4 激光频率转换研究现状
  •     1.4.1 SHG研究现状
  •     1.4.2 THG研究现状
  •   1.5 本论文的主要研究内容
  • 第二章 532nm连续绿光激光器
  •   2.1 引言
  •   2.2 谐振腔设计
  •   2.3 实验
  •     2.3.1 实验装置
  •     2.3.2 测试实验结果
  •   2.4 机械设计封装
  •   2.5 小结
  • 第三章 双波长输出可切换激光器
  •   3.1 引言
  •   3.2 谐振腔设计
  •     3.2.1 波长切换设计
  •     3.2.2 热控制
  •   3.3 双波长激光器实验
  •     3.3.1 实验装置
  •     3.3.2 实验结果对比与分析
  •   3.4 机械设计与封装
  •   3.5 小结
  • 第四章 355nm全固态紫外激光器
  •   4.1 谐振腔分析
  •     4.1.1 结构设计
  •     4.1.2 高斯光束像散分析
  •   4.2 355nm紫外激光实验
  •     4.2.1 实验装置
  •     4.2.2 实验结果与分析
  •   4.3 小结
  • 第五章 拼接晶体汇聚光束三倍频
  •   5.1 引言
  •   5.2 汇聚光束频率转换模型分析
  •     5.2.1 汇聚光束的偏振分析
  •     5.2.2 非线性频率转换晶体
  •     5.2.3 汇聚光束相位匹配
  •   5.3 非线性系数
  •   5.4 三倍频转换效率模拟
  •     5.4.1 平行光束三倍频模拟
  •     5.4.2 汇聚光束三倍频模拟
  •   5.5 汇聚光束三倍频实验
  •     5.5.1 实验转置
  •     5.5.2 实验结果与讨论
  •   5.6 小结
  • 第六章 总结与展望
  •   6.1 论文主要工作
  •   6.2 论文的不足之处及下一步工作
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读学位期间发表的学术论文
  • 学位论文评阅及答辩情况表

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 李大振

    导师: 方家熊,程文雍

    关键词: 激光频率转换,固体激光器,相位匹配,非线性系数,光束质量,转换效率

    来源: 山东大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,信息科技

    专业: 物理学,无线电电子学

    单位: 山东大学

    分类号: TN248.1

    总页数: 81

    文件大小: 7345K

    下载量: 127

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