Nd：YVO4和Nd：GdVO4晶体自激活自拉曼转换激光器
作者单位：山东大学
学位级别：硕士
导师姓名：张行愚
授予年度：2007年
学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程]
主 题：固体激光器 拉曼激光器 受激拉曼散射 Nd:YVO4 晶体 Nd:GdVO4晶体 主动调Q 被动调Q 速率方程
摘 要：受激拉曼散射是一种重要的变频方法，可以获得新的激光波长，大大拓宽激光的光谱范围。转换后的激光波长由抽运光的波长和拉曼介质决定。拉曼激光具有散射光光束质量好、脉宽窄、不需要相位匹配以及高的转换效率等多种优点。与传统的气体和液体拉曼介质相比，固体拉曼介质具有粒子浓度大、体积小、拉曼增益系数大及热导性好等优点。已经有多种晶体被发现是优良的拉曼晶体，例如Ba(NO)、LiIO、SrWO、BaWO、KGd(WO)、YVO和GdVO晶体等。以晶体为拉曼介质的固体拉曼激光器结构紧凑，效率高，稳定性好，在信息、交通、测量、医疗、国防和工农业等领域都有重要的应用，是激光器件领域的研究热点。 Nd：YVO晶体和Nd：GdVO晶体是同构体，两种晶体具有受激发射截面大、吸收带宽比较宽、吸收系数高、线偏振输出等优点，已经被证明是优良的激光晶体。2001年，Kaminskii等人发现YVO晶体和GdVO晶体还是优良的拉曼晶体，提出Nd：YVO晶体和Nd：GdVO晶体可以作为自激活自拉曼晶体并可应用于可见光和近红外区域。 本文以Nd：YVO晶体和Nd：GdVO晶体为自激活自拉曼晶体，实验方面系统地研究了这两种晶体的自激活自拉曼转换激光器的输出特性，研究了不同的脉冲重复率、输出镜透过率、饱和吸收体的小信号透过率、拉曼晶体的切割方向对拉曼光输出特性的影响;理论方面使用速率方程对主动调Q和被动调Q的自激活自拉曼转换激光器的特性进行了理论模拟，理论结果与实验结果大致相符。具体内容为： 系统地研究了主动调Q的a-cut Nd：YVO晶体自激活自拉曼转换激光器的特性。Nd：YVO晶体同时作为激光晶体和拉曼晶体，使用不同透过率的输出镜，在不同的脉冲重复率下，得出了平均输出功率、脉冲宽度、脉冲能量和峰值功率随抽运功率的变化关系。典型的1064nm基频光和1176nm拉曼光脉冲的脉冲宽度分别为26.3ns和9.0ns。在脉冲重复率为20kHz，抽运功率为8.46W时，产生了平均功率为0.38W的1176nm光的输出，光-光转化效率为4.5％。使用速率方程对自激活自拉曼Nd：YVO主动调Q激光器的输出特性进行了理论研究，把脉冲重复率为10kHz，20kHz，30kHz时的拉曼光的单脉冲能量和脉冲宽度的实验结果与理论结果进行比较，理论结果与实验结果大致地相符。 系统地研究了主动调Q的c-cut Nd：YVO晶体自激活自拉曼转换激光器的特性。使用不同透过率的输出镜，得出了不同的脉冲重复率下，平均输出功率、脉冲宽度、脉冲能量和峰值功率随抽运功率的变化关系。利用速率方程对c-cut Nd：YVO晶体的拉曼光输出特性进行了分析比较。 首次实现了主动调O的a-cut Nd：GdVO晶体自激活自拉曼转换激光器在1173nm的运转，系统研究了LD抽运的主动调O的a-cut Nd：GdVO晶体自激活自拉曼转换激光器的输出特性。Nd：GdVO晶体同时作为激光晶体和拉曼晶体，利用声光调Q技术，产生了1173nm的拉曼激光。使用不同透过率的输出镜，在不同的脉冲重复率下，得出了平均输出功率、脉冲宽度、脉冲能量和峰值功率随抽运功率的变化关系。典型的1063nm基频光和1173nm拉曼光脉冲的脉冲宽度分别为33.0ns和13.8ns。在脉冲重复率为30kHz，抽运功率为9.6W时，产生了平均功率为0.8W的1173nm拉曼光，相应的光-光转化效率为8.3％。在脉冲重复率为10kHz，抽运功率为9.6W时，获得的最大单脉冲能量为70.7μJ，相应的峰值功率为5.2kW。利用速率方程对a-cut Nd：GdVO晶体的拉曼光输出特性进行了分析比较。 系统地研究了被动调O的c-cut Nd：GdVO晶体自激活自拉曼转换激光器的特性。分别利用两块不同初始透过率的Cr：YAG晶体，研究和比较了Nd：GdVO晶体自激活自拉曼转换激光器的输出特性。使用不同透过率的输出镜，得出了平均输出功率、脉冲宽度、脉冲重复率、脉冲能量和峰值功率随抽运功率的变化关系。当Cr：YAG的初始透过率为91％，抽运功率是5.7W时，得到拉曼光的最高平均输出功率为0.24W，相应的转换效率为4.2％。利用速率方程对被动调Q的c-cut Nd：GdVO晶体自激活自拉曼转换激光器的输出特性进行研究，理论结果与实验结果大致相符。
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