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基于主动调Q和腔内和频的金刚石拉曼激光器仿真研究

基于主动调Q和腔内和频的金刚石拉曼激光器仿真研究

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作者：付泽楠厦门大学

学位级别：硕士

受激拉曼散射属于三阶非线性光学效应,是强入射光子与拉曼介质中粒子相互作用的过程。受激拉曼散射光具有激光的特性,若其波长大于入射光波长,则称为斯托克斯光。和频效应属于二阶非线性光学效应,是两种不同波长的光子在非线性晶体中进... 详细信息

受激拉曼散射属于三阶非线性光学效应,是强入射光子与拉曼介质中粒子相互作用的过程。受激拉曼散射光具有激光的特性,若其波长大于入射光波长,则称为斯托克斯光。和频效应属于二阶非线性光学效应,是两种不同波长的光子在非线性晶体中进行相互作用,产生第三种波长的光子的过程。受激拉曼散射与和频效应都可以作为光学频率变换的重要技术。金刚石作为一种光学性质优良的拉曼介质,具有拉曼频移量大、光谱透射范围宽以及损伤阈值高的特性,因而在拉曼激光器中得到了广泛的应用。但是,现阶段大部分的研究为利用金刚石拉曼激光器输出的斯托克斯光进行倍频,来产生可见光波段激光束,而利用斯托克斯光束进行和频来产生可见光波段激光束的研究还鲜有报道。因此,本文主要研究了金刚石拉曼和频激光器的输出光特性。研究过程以主动调Q内腔金刚石拉曼激光器以及内腔金刚石拉曼和频激光器为理论模型,分别构建了相对应的耦合速率方程组,并通过仿真,探究了两类激光器输出光束的光学特性,从而为相关实验提供了理论支持。具体研究内容如下:1、本文对金刚石中有关受激拉曼散射的拉曼增益系数、拉曼阈值估算和金刚石偏振性质三个特性分别进行了探讨。对和频效应的原理进行了简要描述,同时对相位匹配进行了详细说明。2、本文以主动调Q内腔金刚石拉曼激光器为理论模型,构建了相对应的耦合速率方程组,通过MATLAB仿真软件对构建的耦合速率方程组进行求解,得到了腔内粒子数(光子数)密度随时间变化的曲线。将求解结果转换为斯托克斯光的峰值功率和输出脉宽,并以此来进一步优化理论模型。3、本文在主动调Q内腔金刚石拉曼耦合速率方程组的基础上,添加了表征和频效应的项,得到了内腔金刚石拉曼和频耦合速率方程组,通过对其求解以及利用求解结果进一步优化了方程组所对应的理论模型。同时,本文选用了不同文献中的实验数据与本文仿真数据进行了对比,证明了所构建拉曼和频耦合速率方程组的相对准确性和广义性。

关键词：受激拉曼散射和频效应耦合速率方程组仿真优化与验证

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