文档介绍：硕士学位论文
基于腔内泵浦技术的全固态和频激光器的
研究
RESEARCH ON THE All-SOLID-STATE
SUM-FREQUENCY LASERS BASED ON
INTRACAVITY-PUMPING TECHNIQUE
张腾
哈尔滨工业大学
2012 年 7 月
国内图书分类号:O439 学校代码:10213
国际图书分类号:535 密级:公开
理学硕士学位论文
基于腔内泵浦技术的全固态和频激光器的
研究
硕士研究生:张腾
导师:潘玉寨副教授
副导师苗杰光
申请学位:理学硕士
学科:光学
所在单位:理学院
答辩日期:2012 年 7 月
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classified Index: O439
: 535
Dissertation for the Master’s Degree
RESEARCH ON THE All-SOLID-STATE
SUM-FREQUENCY LASERS BASED ON
INTRACAVITY-PUMPING TECHNIQUE
Candidate: Zhang Teng
Supervisor: Associate Prof. Pan Yuzhai
Associate Supervisor: Miao Jieguang
Academic Degree Applied for: Master of Science
Speciality: Optics
Affiliation: School of Science
Date of Defence: July, 2012
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文
摘要
LD 泵浦的全固态激光器(DPSSL)早已成为激光领域里最重要的研究方向
之一,在发展高效率、高功率、高稳定性运转的激光器上被人们寄予厚望。结
合了非线性频率变换技术(主要包括非线性倍频与和频)的 DPSSL,其输出波
段与应用领域均得以极大扩展,有力的促进了激光技术的发展与进步。相对来
讲,全固态倍频激光技术的发展更为成熟,但全固态和频激光技术却蕴含极大
潜力,是促进 DPSSL 发展的更为有效的技术手段。
本文将全固态和频激光器作为主要研究内容,设计并验证了一种基于腔内
泵浦技术的新型和频激光器:以LD端面泵浦Nd:YVO4晶体实现准三能级 914nm
谱线运转,继而利用 914nm激光通过腔内泵浦技术实现Yb:YAG晶体(或第二块
Nd:YVO4晶体)的 1030nm(或 1064nm)谱线振荡,最后利用BIBO晶体腔内和
频 914nm和 1030nm(或 1064nm)实现 484nm(或 491nm)蓝光输出。
为减小准三能级激光器的阈值泵浦功率,提高激光器运转稳定性,以 914nm
谱线跃迁的准三能级速率方程为基础,分别探讨了模式匹配、再吸收损耗、模
式竞争等因素对准三能级激光系统的影响,认为泵浦光-腔模半径之比 a 决定泵
浦能量在晶体内部的分布;基于谐振腔内部功率密度高的特性设计了腔内泵浦
方式,通过建立数值模型讨论了输出镜反射率、晶体单程透过率以及两基频光
模式匹配对腔内泵浦激光器输出功率的影响;研究了非线性和频基本理论,给
出了小信号近似解并讨论了和频过程中的最佳聚焦条件。
对全固态和频激光器各组成单元进行优化设计:利用Matlab软件模拟给出
了Nd:YVO4和Yb:YAG两种激光晶体合适的掺杂浓度与晶体尺寸;给出了BIBO
晶体的最佳相位匹配角;给出了三种不同谐振腔结构(直线腔、V型腔和Z型腔)
的腔镜曲率半径、腔长度以及腔内晶体位置等腔参数的最佳取值。
设计实验方案以验证全固态和频激光器运转理论。在三种不同谐振腔结构
下,分别设计LD端面泵浦Nd:YVO4 晶体 914nm激光器实验方案、腔内泵浦
Yb:YAG(或Nd:YVO4)晶体激光器实验方案、全固态腔内和频激光器实验方案。
实现了端面泵浦Nd:YVO4晶体 914nm谱线基模运转;实现了腔内泵浦Yb:YAG
(或Nd:YVO4)晶体 1030nm(或 1064nm)谱线基模运转;通过BIBO腔内和