大功率高亮度固體激光器及其諧波產生研究.pdf

1、本論文的內容分為兩個部分，其中前五章的內容是作者作為浙江大學和德國柏林工業(yè)大學(Technische Universitat Berlin)聯合培養(yǎng)的博士研究生，在柏林工業(yè)大學光學與原子物理研究所進行的為期兩年的研究工作，主要內容是大功率高亮度固體激光器及其諧波的產生；第六章的內容是作者在攻讀博士學位前一年半期間在國內所從事的工作，受篇幅所限，主要總結了針對外腔反饋的半導體激光器進行的一些理論研究。 論文的第二章至第四章對閃光燈

2、連續(xù)抽運的、大功率高亮度、KHz量級高重復頻率的調Q固體激光器進行了理論和實驗的研究。固體激光器中的熱致雙折射效應嚴重地限制了基模輸出功率的提高，為了獲得大功率高質量的激光輸出，需要對熱致雙折射效應進行補償。 文中首先在理論上對雙棒在腔內串接補償熱致雙折射效應的條件進行了改進，然后通過設計合理的腔結構和腔內元器件，應用4/成像系統(tǒng)空間濾波器并考慮石英旋光器的厚度，使得腔內光束的退偏率降至2.5％以下，在基模輸出的情況下，退偏率可

3、以降至1％以下。 使用矩陣光學的方法簡化了對含有這樣一個復雜光學系統(tǒng)的諧振腔穩(wěn)定性和腔內光束半徑等特性的分析。設計并實現了大基模體積動態(tài)穩(wěn)定腔，理論分析了內含輔助透鏡的諧振腔的設計方法。通過在腔內加入一個正透鏡來擴大基模體積，使用雙氪燈連續(xù)抽運的Nd：YAG激光器，實驗中得到了61W的基模輸出，光束質量因子M<'2>為1.4。實驗表明在大基模體積諧振腔的設計中，雙折射效應的補償時十分必要的。加入聲光調Q開關，在脈沖重復頻率為18

4、kHz的情況下，輸出功率為54W，脈沖寬度為240ns。理論和實驗研究了聲光調Q開關在腔內的位置對于腔內光強分布的影響，解決了調Q激光對于腔內元件的損傷問題。 研究了固體激光器中熱透鏡的球差效應及其對激光器性能的影響。使用Fox-Li的迭代算法計算了球差效應作用下激光諧振腔的本征模，并分析了在不同諧振腔結構的條件下，球差效應對腔內光束單程損耗因子以及激光器的輸出功率、光束質量等性能的影響。計算表明，在大基模體積的動態(tài)穩(wěn)定腔中，即

5、使很微弱的球差效應，都會使激光器的基模產生旁瓣，理論分析表明，光束填充因子是動態(tài)穩(wěn)定腔的設計中的一個重要因素，選擇恰當的填充因子，既可以獲得較高的輸出功率，又可以保證輸出光束的光束質量。最后，通過實驗結果驗證了上述理論分析，理論計算和實驗結果符合的很好。在上述研究的基礎上，論文的第五章分別使用KTP晶體和BBO晶體對紅外光進行了頻率轉換的研究，產生了二次諧波的綠光和四次諧波的紫外光。在二倍頻的實驗中，實驗測量了灰跡效應產生的閾值和對倍頻

6、后綠光的光束質量的影響，表明了實驗中影響灰跡效應的主要因素是KTP晶體出射面上的綠光功率密度的大小，通過調節(jié)晶體與會聚透鏡的距離，成功地消除了灰跡效應，在基頻光調O輸出42W的條件下，獲得了18W的綠光，轉換效率為44％。最后使用BBO晶體進行四倍頻，獲得了紫外光功率為1.9W。 最后一章中討論了外腔反饋對半導體激光器輸出光束質量的變化，以及外腔反饋對半導體激光器的閾值電流和輸出功率等振蕩性能的影響。首先從理論上分析了外腔反饋對