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Nd:GYSGG/YVO_4双波长人眼安全波段内腔拉曼激光器

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红外与激光工程 2015年第12期44卷 3512-3516页

作者：王慧张会峰郭涛空军航空大学航空理论系吉林长春130022

以Nd:GYSGG晶体为激光增益介质,a切割YVO4晶体为拉曼增益介质,利用Nd:GYSGG晶体的双波长激光运转特性实现声光调Q 1.5μm人眼安全波段双波长内腔拉曼激光器。为克服Nd:GYSGG晶体严重的热透镜效应对激光器功率的限制,实验确定其同带泵浦... 详细信息

以Nd:GYSGG晶体为激光增益介质,a切割YVO4晶体为拉曼增益介质,利用Nd:GYSGG晶体的双波长激光运转特性实现声光调Q 1.5μm人眼安全波段双波长内腔拉曼激光器。为克服Nd:GYSGG晶体严重的热透镜效应对激光器功率的限制,实验确定其同带泵浦吸收峰位置及吸收系数,采用同带泵浦方式减轻热效应。吸收882.9 nm泵浦光功率17.1 W时,在20 k Hz的脉冲重复频率下获得1.44 W的1.5μm双波长输出,转换效率8.4%,光束质量因子M2=2.4;棱镜分光测得其中1 497 nm和1 516 nm功率分别为0.55 W和0.89 W,二者脉冲宽度相近,均为15.3 ns左右。与808 nm传统泵浦相比,同带泵浦方式下激光器的输出功率及光束质量均得到明显提升。

关键词：双波长激光器拉曼激光器人眼安全波段

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连续波与飞秒金刚石拉曼激光器研究

连续波与飞秒金刚石拉曼激光器研究

作者：侯长顺华中科技大学

学位级别：硕士

高功率激光在材料加工、遥感测距、医疗以及国防军工等领域有着广阔的应用前景。金刚石晶体具有极高的热导率、宽的透射谱,因而,基于金刚石的拉曼激光器,是获取高功率激光的极具潜力的技术手段。金刚石的单程拉曼增益相对较低,因而实现... 详细信息

高功率激光在材料加工、遥感测距、医疗以及国防军工等领域有着广阔的应用前景。金刚石晶体具有极高的热导率、宽的透射谱,因而,基于金刚石的拉曼激光器,是获取高功率激光的极具潜力的技术手段。金刚石的单程拉曼增益相对较低,因而实现激光振荡的阈值较高。本文围绕金刚石晶体拉曼激光器开展了初步的理论与实验研究。所取得的主要研究成果如下:(1)基于稳态数值仿真模型,研究了影响金刚石拉曼激光器功率特性的关键参数和抑制二阶拉曼以及受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering,SBS)的技术手段。仿真结果表明,随着泵浦功率的提升,通过增加输出耦合、缩短晶体长度以及优化光束匹配,可实现输出功率的最大化。此外,通过降低腔镜对一阶、二阶拉曼光的反射率,可有效抑制二阶拉曼光振荡。同时,基于数值计算,提出采用增加输出耦合来抑制晶体内受激布里渊散射的方案。(2)建立了高功率窄线宽光纤放大器泵浦源,开展了连续波以及准连续金刚石拉曼激光器实验研究。首先基于光纤激光技术,获得了峰值功率517 W、3 dB线宽0.11nm、重复频率10 Hz、脉冲宽度1 ms的1064 nm泵浦激光输出。目前,金刚石拉曼激光器尚未实现出光,主要原因在于金刚石晶体对腔内振荡信号光的高损耗。因此,后续将通过优化晶体镀膜特性的方法来力求实现金刚石拉曼激光器的出光。(3)提出并实验验证了基于二次同步泵浦结构降低飞秒金刚石拉曼激光器出光阈值,进而提高输出功率的技术方案。相比单次泵浦,实现了阈值泵浦功率的下降以及输出功率的提升。实验中,利用飞秒光纤放大器作为泵浦源,获得了功率近4 W的1.2μm波段拉曼光输出,这是目前报道的最高功率的飞秒金刚石拉曼激光器。

关键词：非线性光学拉曼激光器高功率窄线宽光纤放大器金刚石二次同步泵浦

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固体自拉曼激光器多波长输出研究

激光与红外 2019年第2期49卷 181-186页

作者：伍锡山张鹏周博睿刘彬索文凯陆军工程大学石家庄校区电子与光学工程系石家庄050003

实验对比了a切和c切的Nd∶YVO_4晶体作为激光晶体时,激光器输出光光谱及输出功率上的区别。设计了一种小型化固体自拉曼多波长激光器,实验证明通过调节倍频晶体BBO的角度,可实现多波长选择性输出及同时输出,并测量了其输出光谱及单波长... 详细信息

实验对比了a切和c切的Nd∶YVO_4晶体作为激光晶体时,激光器输出光光谱及输出功率上的区别。设计了一种小型化固体自拉曼多波长激光器,实验证明通过调节倍频晶体BBO的角度,可实现多波长选择性输出及同时输出,并测量了其输出光谱及单波长输出时的功率。

关键词：激光器拉曼激光器固体激光器光谱多波长

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1 μm泵浦的级联金刚石拉曼激光器的研究

1 μm泵浦的级联金刚石拉曼激光器的研究

作者：李宇琪河北工业大学

学位级别：硕士

作为三阶非线性效应,受激拉曼散射是扩展激光光谱区域的有效方法,并且拉曼激光器已被证实不仅结构简单,而且还具有“光束净化”及自相位匹配等特性,是实现高亮度、高功率及特殊波长激光输出的重要手段。为了实现特定波长的高功率、高光... 详细信息

作为三阶非线性效应,受激拉曼散射是扩展激光光谱区域的有效方法,并且拉曼激光器已被证实不仅结构简单,而且还具有“光束净化”及自相位匹配等特性,是实现高亮度、高功率及特殊波长激光输出的重要手段。为了实现特定波长的高功率、高光束质量激光输出,大量科研人员开始着眼于新型拉曼增益介质和激光器结构的研究。金刚石晶体因其导热性好、透射光谱宽以及拉曼增益系数高等特点引起广泛关注,又因近些年来,人造金刚石技术的日益成熟,金刚石拉曼激光器(DRL)成为极具发展前景的研究对象。特别地,1.5μm波段的激光具有大气窗口的特性,并且对人眼安全,这对于医疗、测距、雷达和其他此类领域的应用至关重要,本文采用Nd:YAG激光器泵浦DRL实现了一阶和二阶斯托克斯激光输出,具体研究内容如下:(1)概述了金刚石拉曼激光器的研究现状,阐述了有关金刚石拉曼激光器的基本理论,从金刚石晶体的结构与特性入手,对比一般常用拉曼晶体,分析了其作为拉曼增益介质的优势,进而又介绍了受激拉曼散射及级联拉曼激光器的基本原理,分析了一阶和二阶拉曼的稳态模型。基于其稳态模型,对亮度增强特性进行了模拟仿真,为实验研究提供了理论支撑。(2)设计并搭建了准连续LD泵浦的Nd:YAG激光器作为DRL的泵浦源,通过改变重复频率和电源电流的大小,实现了光束质量因子在1.1-2.6范围内可调,最大功率达到～350 W,为研究金刚石拉曼激光器的输出特性创造了条件。(3)采用1064 nm准连续Nd:YAG激光器泵浦金刚石拉曼激光器,对一阶、二阶Stokes光的输出特性进行了研究。最终获得72 W的最大一阶Stokes功率输出,对应转换效率20.5%,相应的光束质量因子M=1.13,相比泵浦光束质量得到一定改善,及具有一定的光束“净化”作用;采用对二阶Stokes透过率为55%的输出镜,获得了110 W的最大二阶Stokes光(1485 nm)输出。本论文中,不管是输出Stokes功率还是亮度增强因子,都尚未达到极限,若进一步优化,我们有希望获得更高功率、更高亮度增强因子的Stokes光输出。该研究为将来基于级联DRL实现更高功率和亮度的1.2μm、1.5μm(以及其他难以通过激光增益介质直接辐射获得的其他波长)激光输出奠定了基础。

关键词：受激拉曼散射金刚石拉曼激光器高功率亮度增强

腔共振增强瓦级单频1240 nm拉曼激光器

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中国激光 2021年第5期48卷 168-174页

作者：曹雪辰魏娇靳丕铦苏静卢华东山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室山西太原030006 山西大学极端光学协同创新中心山西太原030006

采用高质量的全固态连续单频1064 nm红外激光器作为泵浦源,以金刚石晶体作为拉曼增益介质,利用腔共振增强技术设计了一种双共振腔,实现了瓦级输出的低泵浦阈值单频1240 nm拉曼激光器。根据金刚石晶体的实际参数,通过优化设计得到了谐振... 详细信息

采用高质量的全固态连续单频1064 nm红外激光器作为泵浦源,以金刚石晶体作为拉曼增益介质,利用腔共振增强技术设计了一种双共振腔,实现了瓦级输出的低泵浦阈值单频1240 nm拉曼激光器。根据金刚石晶体的实际参数,通过优化设计得到了谐振腔对泵浦光的最佳透射率。当透射率为3.5%时,利用Hansch-Couillaud偏振锁定系统将拉曼谐振腔的腔长精确锁定到泵浦光的共振频率处,实验测量到的拉曼激光器的泵浦阈值功率只有2.73 W。在此基础上,当单频1064 nm泵浦功率增加到9.17 W时,获得了1.48 W稳定单频的1240 nm拉曼激光输出,对应的斜效率为24.9%,30 min内的功率稳定性优于1.10%(均方根),x,y方向的光束质量M2因子均优于1.2。该双共振腔的设计为降低拉曼过程阈值、获得稳定单频的高功率拉曼激光提供了一种有效的途径。

关键词：激光器拉曼激光器双共振腔偏振锁定单频

内腔式固体拉曼激光器及同步泵浦固体拉曼激光器研究

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内腔式固体拉曼激光器及同步泵浦固体拉曼激光器研究

作者：徐杰烟台大学

学位级别：硕士

用晶体作为拉曼介质的固体拉曼激光器因为其结构简单、转换效率高、稳定性好的优良特性被广泛应用于各个领域。与气体和液体拉曼介质相比,固体拉曼介质具有粒子浓度大、拉曼增益系数高、导热性能好及体积小的优点。同时,晶体拉曼介质具... 详细信息

用晶体作为拉曼介质的固体拉曼激光器因为其结构简单、转换效率高、稳定性好的优良特性被广泛应用于各个领域。与气体和液体拉曼介质相比,固体拉曼介质具有粒子浓度大、拉曼增益系数高、导热性能好及体积小的优点。同时,晶体拉曼介质具有多种拉曼振动模式可以实现受激拉曼转换,产生受激拉曼散射光。除了拉曼增益最大的拉曼振动模式,使用其他模式受激拉曼散射获得相干光是研究的热点。通过进行多拉曼模固体激光器的实验,人们实现了更多波长受激拉曼散射光的输出,进一步拓宽了光谱范围。此外人们一直致力于追求更短脉宽的脉冲,超短脉冲在工业、医学、军事和信息等领域有广泛的应用。近年来,利用同步泵浦拉曼激光器产生超短脉冲是研究的热点,关于这方面的实验报道很多,但有关这方面理论研究较少。本论文对LD泵浦主动调Q内腔式SrWO拉曼激光器进行了实验研究。在腔内只有Nd:YAG激光晶体,脉冲重复频率为30 KHz,泵浦为5 W时,获得了平均输出功率为1.606 W的基频光输出,泵浦光-基频光最大转换效率为32.12%。在脉冲重复频率为10 KHz,泵浦为5 W时,脉冲能量最大为116.4μJ,脉冲宽度最窄为8ns。腔内加入SrWO晶体后,在脉冲重复频率为30 KHz,泵浦功率为5 W时,得到了基频光平均输出功率为0.92 W,泵浦光-基频光转换效率为18.4%,当泵浦功率为4.5 W时,平均输出功率为0.857 W,转换效率最大,为19.04%。当泵浦为5 W,脉冲重复频率为10 KHz时,获得了1178 nm的Stokes光的最大平均输出功率0.702W,泵浦光-拉曼光的转换效率最大为14.04%,斜效率为17.25%,脉冲能量最大为70.2μJ。本论文对被动调Q多拉曼模固体激光器进行了理论研究。分析了常见拉曼晶体的振动模式及其对应的相对拉曼增益,总结出能够实现受激拉曼散射的拉曼模式。在被动调Q速率方程的基础上推导了具有两束拉曼光的速率方程,定义为拉曼光1和拉曼光2,分别是增益较小的次拉曼模和增益最大的拉曼模经过受激拉曼散射产生的一阶Stokes光。并将方程进行了归一化处理,获得了泵浦光与基频光在激光介质中的耦合率β、可饱和吸收体的漂白因子α、拉曼光1和拉曼光2的归一化拉曼增益系数M和M、拉曼光1与基频光的损耗比K、拉曼光2与基频光的损耗比K等归一化参量。根据实验数据和参考文献估算了归一化参量的取值范围,研究各个参量对两束拉曼光输出的影响,重点分析了K/K对两束拉曼光输出的影响,同时对M、N、α、M/M取不同值时对两束拉曼光的影响进行了分析,通过研究发现,K/K对抑制拉曼增益较大的拉曼光2,使拉曼增益较小的拉曼光1实现高效率转换有至关重要的作用,只有K/K足够大,才能实现拉曼光1的高效率转换。同时,N、α等值越大,在完全抑制住拉曼光2的情况下,更容易获得更大效率的拉曼光1输出。结合文献给出的实验结果,与数值模拟结果进行了比较分析,并对实验给出了一定的优化意见,可以通过改变可饱和吸收体的透过率来增大N,通过改变腔型结构来增大α,获得更高效率的拉曼光1的转换。同时在选取拉曼介质时,还可以通过选取M/M合理的拉曼晶体,使用较长拉曼晶体等方法,使得拉曼增益较小模式的受激拉曼转换效率最大。本论文对同步泵浦超短脉冲拉曼激光器进行了理论研究。推导了考虑群速度色散的受激拉曼散射瞬态耦合波方程,数值模拟时使用有限差分法将偏微分方程组转换为空间网格上的关于时间的常微分方程组,使用四阶龙格-库塔数值算法进行求解。重点分析了拉曼腔腔长失谐量、输出镜反射率和泵浦脉冲宽度对Stokes脉冲的影响,并分析如何获得更短脉宽的脉冲输出。分析了在输出镜对Stokes光反射率为90%,腔长失谐量分别为+8μm、-30μm和-300μm时,腔内Stokes脉冲和泵浦脉冲经过拉曼晶体前后的脉冲形状及运动轨迹,讨论了形成这些现象的原因,给出了输出Stokes光和泵浦光的光强和脉冲宽度,通过比较发现在腔长失谐+8μm时,输出Stokes光的峰值光强最强,脉冲宽度最窄。分析了输出镜对Stokes光反射率为80%,腔长失谐分别为+8μm、-39μm和-250μm时,泵浦脉冲和Stokes脉冲经过拉曼晶体前后的脉冲形状及运动轨迹,给出了输出Stokes光和输出泵浦光的光强和脉冲宽度,与输出镜对Stokes反射率为90%时的结果进行了比较,在其他条件相同的情况下,脉冲形状及运动轨迹基本相似,但80%反射率下的峰值光强大于90%反射率下的峰值光强,脉冲宽度略宽,脉冲能量略大。分析了相同泵浦能量下,不同泵浦脉冲宽度在腔长失谐为+4μm时,腔内泵浦脉冲和Stokes脉冲经过拉曼晶体前后的脉冲形状及运动轨迹,给出了输出Stokes光和输出泵浦光的光强和脉冲宽度。在泵浦脉冲宽度不同时,因为腔长失谐量相同,所以脉冲形状及运动轨迹基本相似,但泵浦脉冲宽度为1.92 ps时输出Stokes光峰值光强最大,脉冲宽度最窄,这是因为泵浦脉冲宽

关键词：拉曼激光器多拉曼模速率方程同步泵浦超短脉冲数值模拟

1318nm ZnWO4/Nd:YAG二阶拉曼激光器

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光学学报 2020年第5期40卷 223-226页

作者：任席奎谢建阮双琛裴继红王欣于浩海张怀金吕启涛郭丽曹洪涛谢圣君高云峰何柏林杜晨林深圳大学电子与信息工程学院广东深圳518060 深圳大学深圳市激光工程重点实验室广东深圳518060 山东大学晶体材料国家重点实验室山东济南250100 深圳技术大学广东深圳518118 大族激光科技股份有限公司广东深圳518057

为研究ZnWO4晶体的二阶拉曼性质,搭建了基于ZnWO4晶体的二阶拉曼激光器,实现了重复频率为9kHz的670mW的1318.3nm的二阶斯托克斯激光输出,对应的脉宽为3.294ns,光光转换率为4.7%,峰值功率达到22.6kW。实验结果表明,ZnWO4晶体具有良好的性... 详细信息

为研究ZnWO4晶体的二阶拉曼性质,搭建了基于ZnWO4晶体的二阶拉曼激光器,实现了重复频率为9kHz的670mW的1318.3nm的二阶斯托克斯激光输出,对应的脉宽为3.294ns,光光转换率为4.7%,峰值功率达到22.6kW。实验结果表明,ZnWO4晶体具有良好的性能,能够实现二阶拉曼激光输出。

关键词：固体激光器拉曼激光器 ZnWO4晶体

Ho:YAG/YVO4拉曼激光器输出特性研究

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Ho:YAG/YVO4拉曼激光器输出特性研究

作者：骆勇哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

受激拉曼散射已经成为一种重要的扩展波长的手段,产生的新波长受到基频光波长和拉曼介质的直接影响。基于受激拉曼散射的全固态调Q拉曼激光器不仅具有紧凑、便捷、易集成等传统优势,也具有窄脉宽、高光束质量等特点,是国内外重要的研究... 详细信息

受激拉曼散射已经成为一种重要的扩展波长的手段,产生的新波长受到基频光波长和拉曼介质的直接影响。基于受激拉曼散射的全固态调Q拉曼激光器不仅具有紧凑、便捷、易集成等传统优势,也具有窄脉宽、高光束质量等特点,是国内外重要的研究课题。2μm波段激光处在大气窗口,利于传输且人眼安全,被广泛的运用于交通检测、医疗服务、航空航天、信息传递、国防军事等方面。到目前为止,固体拉曼激光器的研究主要集中在1μm波段,2μm波段相对较少。因此,本文开展2μm波段固体拉曼激光器的研究具有很好的科学意义。首先,基于速率方程理论,通过数值求解,模拟了主动调Q的Ho:YAG/YVO拉曼激光器的输出特性(脉冲宽度、脉冲峰值功率、单脉冲能量、平均输出功率等)随着系统参数(泵浦功率、腔长、输出镜透过率等)的变化规律。然后,使用Ho:YAG作为激光晶体,YVO作为拉曼晶体,实现了主动调Q的拉曼激光器稳定输出。最后,对激光器的输出特性进行了实验测量,对影响输出特性的参数进行了分析和总结。我们得到的拉曼输出光中心波长为2518nm,基频光的中心波长为2122nm,对应的拉曼频移量为741cm。在腔长150mm,输出镜曲率半径为200mm,重复频率为1kHz条件下,我们得到了最大平均输出功率为265mW的拉曼激光,斜率效率14.4%。对应的脉冲宽度为10.2ns,相对于基频光的脉冲宽度有了显著的压缩。

关键词：受激拉曼散射 YVO4晶体拉曼激光器速率方程

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对硅基拉曼激光器性能的实验分析

红外与激光工程 2011年第12期40卷 2376-2381页

作者：李志全李文超张景茹任晓丽曹平王亚男燕山大学电气工程学院河北秦皇岛066004 东北大学秦皇岛分校自动化系河北秦皇岛066004

为了解决拉曼激光器的非线性光学损耗严重以及输出效率偏低的问题,利用受激拉曼散射(SRS)的非线性频移机制,以Si元素作为拉曼激光器的增益介质设计了激光器的结构。根据硅元素波导理论,在拉曼激光器的波导结构中设计了一个反向偏置电压... 详细信息

为了解决拉曼激光器的非线性光学损耗严重以及输出效率偏低的问题,利用受激拉曼散射(SRS)的非线性频移机制,以Si元素作为拉曼激光器的增益介质设计了激光器的结构。根据硅元素波导理论,在拉曼激光器的波导结构中设计了一个反向偏置电压的p-i-n二极管,通过控制调节该反向电压值降低有效载流子寿命,从而降低由双光子吸收(TPA)引起的自由载流子吸收(FCA)以及由自由载流子吸收引起的非线性光学损耗。理论分析及实验结果表明:通过控制调节p-i-n反向偏置电压,自由载流子寿命从16 ns降低到1 ns,且输出功率在同等标准下得以显著提高,从而验证了该结构的可行性和优越性。

关键词：拉曼激光器受激拉曼散射双光子吸收自由载流子吸收