ld泵浦寬溫綠光微片激光器

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1、第一章緒論比。80年代開(kāi)始，由于量子阱技術(shù)及其器件結(jié)構(gòu)的日益成熟，特別是量子阱半導(dǎo)體激光器高的微分增益和微分量子效率、低的閾值電流密度、高的特征溫度等優(yōu)點(diǎn)，使得半導(dǎo)體激光器出現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，受限于半導(dǎo)體激光器功率低而發(fā)展緩慢的全固態(tài)固體激光器也進(jìn)入了一個(gè)蓬勃發(fā)展的新時(shí)期。同時(shí)隨著非線性光學(xué)倍頻技術(shù)的日益發(fā)展，利用倍頻、和頻或參量變換等非線性技術(shù)獲得了更寬波段范圍的可見(jiàn)光及紫外激光輸出。Baer在1985年利用KTP作為非線性倍頻晶體，研制成功LD泵浦腔內(nèi)倍頻的全固態(tài)綠光激光器，獲得了輸出功率為11mW、波長(zhǎng)為[7]532nm的綠光。Kozlovsky等人采用MgO:LiNbO3非線性倍頻晶體

2、進(jìn)行腔外倍頻，[8]獲得了532nm的單縱模綠光輸出。90年代開(kāi)始，得益于LD的飛速發(fā)展和全固態(tài)激光器整體設(shè)計(jì)的優(yōu)化，LD泵浦綠光激光器得到了飛速發(fā)展，并開(kāi)始轉(zhuǎn)向商品化。1991年，T.Taira等人設(shè)計(jì)出[9]了轉(zhuǎn)換效率為2.6％Nd:YVO4微片激光器。1994年，N.MacKinnon等人設(shè)計(jì)的LDA泵浦綠光微片激光器，該微片Nd:YVO4的厚度為0.5mm，KTP的厚度為2mm,[10]其綠光輸出功率為50mW。1999年，Yuan.FuChen等人利用LD泵浦Nd:YVO4／KTP調(diào)Q綠光微片激光器，獲得平均功率為4.6W的綠光輸出，光光轉(zhuǎn)換效率達(dá)[11]到27％。高功率綠光激光

3、器近年來(lái)發(fā)展非常迅速。Konno等人利用V型腔獲得[12]了68W的倍頻綠光。法國(guó)科學(xué)家L.Garrec等人采用LD側(cè)面泵浦Z型腔腔內(nèi)結(jié)構(gòu)非線性KTP倍頻晶體獲得轉(zhuǎn)換效率為5.4%、平均功率為106W的高功率綠光輸[13]出。Honea等人利用V型諧振腔結(jié)構(gòu)，采用LD泵浦Nd:YAG晶體獲得1064nm基[14]頻光，并采用非線性KTP晶體對(duì)基頻光進(jìn)行倍頻，獲得了140W的綠光輸出；Chang等人分別采用KTP和LBO非線性倍頻晶體對(duì)1064nm基頻光進(jìn)行二次諧波，[15,16]獲得了532nm的綠光輸出。近年來(lái)，LD質(zhì)量越來(lái)越好、LD價(jià)格越來(lái)越便宜，國(guó)內(nèi)綠光激光器的研究也成為熱門(mén)。例如中

4、國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所、中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所、中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所、西安光學(xué)精密機(jī)械研究所、中國(guó)科學(xué)院物理研究所、中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所、清華大學(xué)、華中科技大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、天津大學(xué)、上海交通大學(xué)、山東大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)都先后開(kāi)展了對(duì)全固態(tài)固體綠光激光器的研究，目前已經(jīng)取得了相當(dāng)高的研究成果。1.2LD泵浦寬溫綠光微片激光器的結(jié)構(gòu)[17，18]LD泵浦寬溫綠光微片激光器的結(jié)構(gòu)包括：泵浦源（808nmLD）、激光工作物質(zhì)（Nd:YVO4）、非線性晶體(KTP)、1/4石英波片、光學(xué)諧振腔。LD泵2萬(wàn)方數(shù)據(jù)第一章緒論浦寬溫綠光微片激光器結(jié)構(gòu)如圖1-1所示：圖1

5、-1LD泵浦寬溫綠光微片激光器結(jié)構(gòu)1.3全固態(tài)綠光激光器的應(yīng)用LD泵浦寬溫綠光微片激光器具有光束質(zhì)量好、體積小、壽命長(zhǎng)、可靠性高[19]等優(yōu)點(diǎn)。目前在信息存儲(chǔ)與處理、測(cè)量、通訊、醫(yī)療、全息、軍事及科學(xué)研究等各個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)得到非常廣泛的運(yùn)用。1.4選題背景LD泵浦寬溫綠光微片激光器具有小型化、高光束質(zhì)量、高穩(wěn)定性、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的市場(chǎng)應(yīng)用前景，因此它是激光研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅警用市場(chǎng)對(duì)小功率LD泵浦綠光微片激光器每個(gè)月的需求量就數(shù)以萬(wàn)計(jì)，而且出口海外占有很大比例。除小功率綠光微片激光器外，市場(chǎng)對(duì)大功率的綠光激光器產(chǎn)品的需求量也相當(dāng)可觀。但是與巨大的市場(chǎng)需求形成鮮明對(duì)比

6、的現(xiàn)實(shí)卻是產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中存在著如光束的模式跳變、光功率不穩(wěn)定、且只能在o常溫附近工作等大量頻繁出現(xiàn)的有待解決的問(wèn)題。因此開(kāi)發(fā)一款能夠在0~45C2[20]環(huán)境條件下，綠光輸出模式為T(mén)EM00模、M因子小于1.2、發(fā)散角<7.5mrad、全溫范圍內(nèi)功率起伏±10%以內(nèi)、高可靠性的小型化全固態(tài)綠光微片激光器是當(dāng)務(wù)之急。1.5論文結(jié)構(gòu)及主要內(nèi)容本文圍繞LD泵浦寬溫綠光微片激光器的設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造及測(cè)試展開(kāi)研究工作。本論文研究?jī)?nèi)容結(jié)構(gòu)作如下具體安排：第一章為緒論，首先簡(jiǎn)要概述了LD泵浦固體激光器的發(fā)展歷程及研究現(xiàn)狀；然后對(duì)LD泵浦寬溫綠光微片激光器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹；接著對(duì)全固態(tài)綠光激光器3萬(wàn)方數(shù)據(jù)第一章

7、緒論的運(yùn)用做了相關(guān)闡述；最后對(duì)本論文的選題背景以及意義所在做簡(jiǎn)要介紹。第二章主要研究的是LD泵浦寬溫綠光微片激光器理論分析。首先運(yùn)用熱傳導(dǎo)理論對(duì)晶體內(nèi)部溫度分布進(jìn)行分析，得出影響端面泵浦的微片激光器溫差的因素，并在此基礎(chǔ)上對(duì)全固態(tài)激光器的熱透鏡效應(yīng)進(jìn)行分析，得出熱透鏡焦距的關(guān)系式。然后從諧振腔理論、Sylvester定理詳細(xì)分析了光學(xué)諧振腔的穩(wěn)定性條件，以此選擇諧振腔參數(shù)。接著通過(guò)熱焦距關(guān)系式分析了含有Nd:YVO4的平