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在激光研究领域内,可见光波段的全固态绿光激光器具备较成熟的技术,已经实现商业化。全固态蓝光激光器在激光功率、亮度、重频、光束质量等指标上与绿光激光器还存在很大差距,发展相对缓慢。但是蓝光激光器在高密度光存储、激光显示、生物工程、水下通信和海洋环境探测等领域都有广泛的应用,一直得到高度关注。 本论文首先对蓝光激光的应用、产生途径及发展状况做了系统的介绍和归纳。研究了端面泵浦的准三能级激光器的热效应,分析了准三能级激光系统的产热机制以及几种掺Nd3+激光介质的准三能级特性,介绍了几种激光晶体热效应的缓解和补偿方法。采用有限元法,模拟4种常用的电光晶体KD*P、LN、BBO、RTP的温度和应力分布,并分析了由温度和应力所致的退偏损耗,介绍了几种电光晶体热效应的缓解和补偿方法。 研究LD端面泵浦Nd∶YAG准三能级连续激光器的再吸收效应,理论和实验分析了Nd∶YAG946 nm激光器输出功率、注入泵浦功率以及温度对再吸收效应的影响。选用凸凹非稳腔对准三能级的热效应进行热补偿,对比普通Nd∶YAG晶体、不同掺杂复合Nd∶YAG晶体的热效应和激光输出性能。在泵浦功率22.3 W时,采用掺杂0.5 at.%的复合晶体作为增益介质时,946 nm激光的空腔输出功率达到4.34 W。光谱仪测量输出激光中心波长为945.99 nm,谱宽1.37 nm,并对1064nm实现了有效抑制。 为获得1 kHz电光调Q的Nd∶YAG946 nm激光输出,采用双RTP晶体作为电光晶体。实验中观察到RTP晶体的热致双折射现象,提出λ/4波片补偿的方式用于电光晶体的热效应补偿中,实验验证了补偿方法的可行性,通过优化谐振腔腔长和输出镜透过率,在泵浦功率11.1 W时,获得410mW脉冲946nm激光输出,对应光-光转换效率3.7%,斜效率5.5%,此时重复频率为1 kHz,脉冲宽度为15.4 ns。水平方向的M2值为1.6,竖直方向的M2值为1.3。20分钟运转时间内,激光器的功率不稳定性为2.6%。 对脉冲946nm进行腔外倍频,获得473 nm脉冲蓝光输出。选用Ⅰ类相位匹配的LBO晶体(θ=90°,ψ=19.3°),为提高腔外倍频效率,采用双程倍频和双LBO晶体串接的方式。注入基频光946 nm的功率为410 mW时,473 nm蓝光激光输出的最大平均功率为80.2 mW,相应的倍频转换效率为19.6%。重复频率为1 kHz,脉冲宽度为10.5 ns。水平方向的M2值为1.6,竖直方向的M2值为2.1。中心波长473.79 nm,谱宽3nm。20分钟内,腔外倍频473 nm蓝光功率不稳定性约为5.6%。 进一步探索了三倍频Nd∶YAP1.3μm激光器获得447 nm脉冲蓝光激光技术。采用LD端而泵浦的方式,泵浦功率21.2 W时,获得最大平均功率为2.34 W的1341.4 nm激光输出,对应的光-光转换效率为11%,斜效率为15.1%。重频5 kHz的声光调Q实验中,泵浦功率20.5 W时,获得0.83 W脉冲1341.4 nm激光输出,脉冲宽度33 ns,峰值功率为5.03 kW。采用Ⅱ类相位匹配的KTP晶体(θ=58.9°,ψ=0°)作为倍频晶体,Ⅰ类相位匹配的LBO晶体(θ=90°,ψ=19.9°)作为和频晶体进行三倍频实验,腔外和频获得670.7 nm红光激光的最大功率为100mW,对应的基频光到红光的转换效率为12%,脉冲宽度19.4 ns;获得447 nm蓝光激光的最大功率为35.5 mW,对应的基频光到蓝光的转换效率为4.26%,脉冲宽度18.5 ns。腔内和频获得447 nm蓝光激光的最大功率为60.4 mW,对应的基频光到和频光的转换效率为0.29%,脉冲宽度为16.1 ns。水平方向的M2值为2.5,竖直方向的M2值为2.2。输出激光的中心波长为447.74 nm,谱宽2.64nm。