【摘 要】
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输出波长为2μm波段的固体激光器在大气监测、卫星遥感、光电对抗、激光测距、激光雷达和材料分析等领域有着广阔的应用前景。同时,由于2μm波段激光的人眼安全特性,在激光医疗领域中表现出惊人的应用潜力。受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering,下文简称SRS)是非线性光学领域内一种重要的频率转换方法。随着高质量拉曼晶体的发展与成熟,从现有激光晶体中难以获得的新波长激光,可以通
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输出波长为2μm波段的固体激光器在大气监测、卫星遥感、光电对抗、激光测距、激光雷达和材料分析等领域有着广阔的应用前景。同时,由于2μm波段激光的人眼安全特性,在激光医疗领域中表现出惊人的应用潜力。受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering,下文简称SRS)是非线性光学领域内一种重要的频率转换方法。随着高质量拉曼晶体的发展与成熟,从现有激光晶体中难以获得的新波长激光,可以通过受激拉曼散射效应来获取。拉曼激光器的输出波长是由基频光的波长和拉曼晶体的拉曼频移量共同决定的。目前,基于SRS效应的固态拉曼激光器在拓展红外光谱方面表现出愈发重要的作用。本论文中,我们采用输出波长为1908 nm的Tm:YLF连续波固体激光器来实现对Ho:YAG/SrWO4固体拉曼激光器的谐振泵浦,最终实现了谐振泵浦复合腔Ho:YAG/SrWO4主动调Q固体拉曼激光器的稳定运转。研究内容主要包括以下两方面:理论方面,根据谐振泵浦Ho:YAG激光器的能量传递过程,考虑自发辐射的影响,在平面波近似下构建了Ho:YAG/SrWO4主动调Q拉曼激光器的准二能级速率方程模型。明确给出了激光器运转过程中反转粒子数密度、腔内基频光子数密度和拉曼光子数密度随时间的变化表达式,并利用该模型分析了脉冲重频和输出镜透过率等对激光器的平均输出功率、脉冲宽度、单脉冲能量和峰值功率的影响。实验方面,为了提高对泵浦光的吸收效率,首先搭建了一台以1908 nm激光二极管(Laser Diode,下文简称LD)泵浦的Tm:YLF连续波固体激光器,最大输出功率为9.5 W。随后,利用声光Q开关,实现中心波长为2122 nm的Ho:YAG激光器稳定脉冲激光的输出,在9.5 W的泵浦功率下,最窄基频光脉冲宽度为40.2 ns。最后,在谐振腔内加入中间镜,构成复合腔结构,并将2μm输出镜替换为拉曼激光输出镜,实现拉曼激光的稳定输出。在脉冲重频为4 k Hz,泵浦功率为8.4 W的条件下,得到平均输出功率为680 m W的拉曼激光输出,其脉冲宽度为10.2 ns,单脉冲能量为170μJ,峰值功率为16.67 k W。拉曼激光的中心波长为2640 nm,相对于2122 nm的基频光,拉曼频移量为925 cm-1。
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