论文摘要
二极管泵浦的全固态激光器(DPSSL)与传统的激光器相比具有效率高、结构紧凑、稳定性好、光束质量好、寿命长等优点。随着大功率LD输出功率不断提高,新型激光晶体、非线性晶体以及使用准相位匹配方式的光学超晶格材料的不断研究开发、频率变换技术的日臻成熟,全固态激光器成为激光器的主流发展方向。同时输出两种或多个波长的全固态激光器在干涉彩虹全息、精细激光光谱、差分吸收激光雷达(DIAL)、原子和分子的多光子分步电离、非线性频率变换、激光医学、激光显示、彩色打印、光电对抗战等领域具有广阔的应用前景,近年来成为激光领域研究的热点之一。全固态紫外相干光源在超高密度光驱、精密材料加工、紫外固化、光刻、光印刷、医疗、光谱分析和科学研究等领域有广泛的应用前景,近年来也引起人们极大的关注。本论文分别从理论和实验两方面研究了LD端面泵浦Nd:YVO4晶体1342nm和1064nm连续波和声光调Q双波长激光输出特性;研究了LD侧面泵浦Nd:YAG晶体1319nm和1064nm双波长间歇振荡激光输出特性;实现了以双结构钽酸锂光学超晶格(PPLT)为变频晶体的全固态411nm和671nm的紫—红双色激光输出;研究了LD端面泵浦Nd:YVO4晶体1342nm四倍频紫外激光的输出特性。论文主要研究工作包括:1.理论研究了激光晶体热效应引起的热致衍射损耗随泵浦功率、泵浦光焦点位置及腔模尺寸的变化关系;考虑到端面泵浦光和腔内双波长振荡光场的空间分布,给出了描述理想四能级系统连续波双波长激光运转的速率方程模型,根据该模型推导出一定泵浦条件下实现双波长输出时,双波长输出耦合率之间的关系。分析了泵浦光焦点位置对双波长增益竞争的影响及不同泵浦功率下双波长激光的输入输出特性。分别采用两镜腔和三镜腔结构实现了LD端面泵浦Nd:YVO4晶体1064nm和1342nm连续波双波长激光输出,同时利用连续波双波长激光运转的空间速率方程模型对实验结果进行了理论模拟。2.在考虑到热致衍射损耗及声光开关时间对双波长调Q脉冲性能影响的基础上,给出了描述LD泵浦调Q双波长激光运转速率方程模型。分别采用两镜腔和三镜腔结构实现了LD端面泵浦Nd:YVO4晶体声光调Q 1064nm和1342nm双波长激光运转;测量了一定重复频率下,双波长输出的平均功率、脉冲宽度、脉冲间隔随泵浦功率的变化关系及双波长输出平均功率与泵浦光焦点位置的关系;同时利用声光调Q双波长速率方程模型对实验结果进行了理论模拟。3.提出了一种间歇振荡技术,采用一个泵浦源、Y型谐振腔、一块增益介质和两声光开关,有效分配上能级受激反转粒子数,避免两振荡谱线间的竞争效应,实现稳定的双波长基频输出。该技术通过控制两声光之间的开关延迟时间来实现双波长间歇振荡,而且延迟时间连续可调,可通过调节延迟时间来控制双波长激光功率输出比。在实验上实现了LD侧面泵浦Nd:YAG晶体双波长间歇振荡稳定激光输出,测量了一定重复频率和泵浦功率下,双波长输出的平均功率、脉冲宽度随延迟时间的变化关系;根据激光器的速率方程理论,提出了四能级系统的间歇振荡双波长激光运转的速率方程模型,同时利用该模型对实验结果进行了理论模拟。4.根据光动力疗法诊治肿瘤的原理,提出了一种以双结构PPLT为变频晶体,实现411nm和671nm紫—红双色全固态激光技术方案。利用双LD泵浦两块Nd:YVO4晶体产生1064nm和1342nm双波长同时振荡,在此基础上,利用室温极化的级联结构、多通道的PPLT光学超晶格实现准位相匹配,实现了411nm和671nm紫—红双色激光输出。5.分析了各种非线性紫外晶体的基本特性,比较了其优缺点,实验研究了LD端面泵浦Nd:YVO4晶体1342nm连续及准连续运转激光输出特性;实验研究了LD端面泵浦Nd:YVO4晶体声光调Q、KTP腔内倍频671nm激光输出特性,并在此基础上分别采用BBO和LBO晶体为腔外四倍频晶体,实现了1342nm激光四倍频335.5nm紫外激光输出;对比研究了BBO、LBO晶体用于1342nm四倍频时的晶体特性,在吸收功率6.3W,声光重复频率10kHz时,采用LBO晶体和BBO晶体作为四倍频晶体分别获得35mW和63mW紫外激光输出。6.总结了目前实现全固态红绿蓝三基色激光同时输出的途径和主要进展,提出了一种以全固态双波长间歇振荡激光器为基频光源,以光学超晶格材料或块状材料为变频晶体的实现高功率、稳定红绿蓝三基色乃至白光输出的新方案。