【摘要】：激光由于其高單色性,強(qiáng)相干性以及優(yōu)良的方向性,在工業(yè)、軍事、能源、醫(yī)療、通訊等各大領(lǐng)域具有越來(lái)越重要的應(yīng)用價(jià)值,被稱(chēng)為20世紀(jì)最偉大的科研成果之一。但受限于激光增益介質(zhì)的能級(jí)結(jié)構(gòu),最初的激光輸出波長(zhǎng)過(guò)于單一,無(wú)法滿(mǎn)足工程以及科研方面的需求。激光頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)的出現(xiàn),成功的突破了這一限制,大大拓寬了激光輸出波長(zhǎng)窗口,成為了獲得新激光光源的有效手段,開(kāi)啟了激光技術(shù)的新時(shí)代。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,激光頻率轉(zhuǎn)換仍存在光束質(zhì)量難以保證、光學(xué)元件損傷等問(wèn)題,本論文針對(duì)固體激光的倍頻、三倍頻過(guò)程展開(kāi)研究,具體研究?jī)?nèi)容如下:(1)針對(duì)邁克爾遜干涉裝置監(jiān)測(cè)水溶法KDP晶體生長(zhǎng)對(duì)激光光源高光束質(zhì)量的需求,研制了一臺(tái)532nm連續(xù)綠光固體激光器,代替現(xiàn)有的氦氖光源,以解決氦氖光源功率低、光束質(zhì)量差,水吸收相對(duì)較大的問(wèn)題。該激光器輸出功率為300mW,光束質(zhì)量因子Mx2和均為1.03,2小時(shí)內(nèi)輸出功率穩(wěn)定性為1%。(2)針對(duì)超聲成像對(duì)激光光源多波長(zhǎng)、高峰值以及易于光纖耦合的需求,利用雙諧振腔結(jié)構(gòu)研制了一臺(tái)1064 nm與532 nm輸出可切換的固體激光器。利用偏振旋轉(zhuǎn)以及偏振分光特性,通過(guò)對(duì)旋光晶體進(jìn)出的控制,使激光器在不同的諧振腔中工作,從而輸出不同波長(zhǎng)。該激光器的激光輸出重頻為10kHz,在脈沖周期達(dá)到了Nd:YV04上能級(jí)壽命極限的情況下,1064nm輸出功率可達(dá)3.6W,脈沖寬度為10ns,光束質(zhì)量因子Mx2和My2分別為1.19和1.18;532nm輸出功率為2.5W,脈沖寬度為8.7 ns,光束質(zhì)量因子Mx2和My2My2分別為1.2和1.18。(3)針對(duì)3C打標(biāo)對(duì)激光光源短波長(zhǎng)、高重頻以及光束質(zhì)量的需求,研制了一臺(tái)紫外激光器。為降低熱透鏡的影響,該激光器采用凸面鏡作為前腔鏡;為解決紫外膜層損傷問(wèn)題,采用布儒斯特角切割的LBO晶體作為三倍頻晶體,該晶體可實(shí)現(xiàn)三波分離,避免了在諧振腔內(nèi)插入分光鏡。該激光器重復(fù)頻率可調(diào),在重復(fù)頻率為40kHz時(shí),可實(shí)現(xiàn)3.65W的紫外激光輸出,脈沖寬度為17.5ns,光束質(zhì)量因子Mx2和My2分別為1.13和1.32。(4)為消除慣性約束核聚變驅(qū)動(dòng)器終端光學(xué)組件中熔石英透鏡的紫外損傷問(wèn)題,理論與實(shí)驗(yàn)研究了利用拼接晶體實(shí)現(xiàn)匯聚光束三倍頻的構(gòu)型方案。分析了匯聚光束的偏振、非線性系數(shù)以及相位匹配情況。模擬了匯聚光束三倍頻轉(zhuǎn)換效率,設(shè)計(jì)了 3塊拼接LBO晶體,并利用口徑為18mm的光斑進(jìn)行F數(shù)為25的匯聚三倍頻實(shí)驗(yàn),獲得了 110 mJ的匯聚紫外光,三倍頻轉(zhuǎn)換效率為20%,驗(yàn)證了該方案的可行性。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TN248.1
【圖文】：

逡逑激光頻率保持單向轉(zhuǎn)換。如圖１－２所示。逡逑Ｉ邐⑴逡逑：邐（２）邐：逡逑°邋Ｉ邋２１，邐５／，邐４１邐５Ｉ：邐６１，逡逑圖１－２倍頻轉(zhuǎn)換效果與晶體厚度的關(guān)系，（１）完全相位匹配，逡逑（２）準(zhǔn)相位匹配，（３）相位失配逡逑相比ＢＰＭ技術(shù)，ＱＰＭ技術(shù)確實(shí)具有不少優(yōu)勢(shì)，比如使用波長(zhǎng)范圍寬，避免空逡逑間走離，突破了相位匹配對(duì)波矢?jìng)鞑シ较蛞约捌竦膰?yán)格限制等。但是利用ＱＰＭ逡逑技術(shù)對(duì)晶體進(jìn)行周期性極化操作后，諧波轉(zhuǎn)換晶體的非線性系數(shù)會(huì)受到影響。相逡逑同晶體長(zhǎng)度下，ＱＰＭ的轉(zhuǎn)換效率僅能達(dá)到理想ＢＭＰ技術(shù)的（２／７ｔ）Ｍ＃２２］。所以通逡逑常情況下

逡逑激光頻率保持單向轉(zhuǎn)換。如圖１－２所示。逡逑Ｉ邐⑴逡逑：邐（２）邐：逡逑°邋Ｉ邋２１，邐５／，邐４１邐５Ｉ：邐６１，逡逑圖１－２倍頻轉(zhuǎn)換效果與晶體厚度的關(guān)系，（１）完全相位匹配，逡逑（２）準(zhǔn)相位匹配，（３）相位失配逡逑相比ＢＰＭ技術(shù)，ＱＰＭ技術(shù)確實(shí)具有不少優(yōu)勢(shì)，比如使用波長(zhǎng)范圍寬，避免空逡逑間走離，突破了相位匹配對(duì)波矢?jìng)鞑シ较蛞约捌竦膰?yán)格限制等。但是利用ＱＰＭ逡逑技術(shù)對(duì)晶體進(jìn)行周期性極化操作后，諧波轉(zhuǎn)換晶體的非線性系數(shù)會(huì)受到影響。相逡逑同晶體長(zhǎng)度下，ＱＰＭ的轉(zhuǎn)換效率僅能達(dá)到理想ＢＭＰ技術(shù)的（２／７ｔ）Ｍ＃２２］。所以通逡逑常情況下

圖２－１激光晶體的熱透鏡焦距與泵浦功率的關(guān)系曲線逡逑為了提高光束質(zhì)量，抑制激光多橫模起振，我們采用平平腔設(shè)計(jì)。通過(guò)高斯逡逑光束傳輸ＡＢＣＤ矩陣計(jì)算諧振腔內(nèi)基頻光分布情況，計(jì)算結(jié)果如圖２－２所示。當(dāng)逡逑泵浦功率在５Ｗ－１５Ｗ之間時(shí)，諧振腔處于穩(wěn)區(qū)。此時(shí)基模光斑略小于泵浦光斑（半逡逑徑４０（Ｈｉｍ），模式匹配情況較好。逡逑１０００邋邐逡逑９００邋－逡逑Ｅ逡逑ｆ邐＇邐Ｉ逡逑３邐８００邋－邐＾逡逑ｓ邐．邐｜逡逑０邐７００邋？邐ｊ逡逑（0邐ｉ逡逑＾邐＇邐＼邐Ｉ逡逑６００邋－邐＼邐／逡逑１邐？邋＼邐／逡逑ｉ邋．邐＼邐／逡逑Ｔ３邐、、邐／逡逑§邋４００邋－邐、、、、、？逡逑Ｌｉ－邐￣邐—邐■—邐逡逑３００邋邐ｉ邐？邐１邐＞邐１邐邐邐１邐？邐ｉ邐逡逑０邐５邐１０邐１５邐２０逡逑Ｐｕｍｐ邋ｐｏｗｅｒ／Ｗ逡逑圖２－２增益晶體處基模光斑半徑隨泵浦功率的變化曲線逡逑２．３實(shí)驗(yàn)逡逑２．３．１實(shí)驗(yàn)裝置逡逑激光器米用激光二極管（Ｌａｓｅｒ邋ｄｉｏｄｅ，邋ＬＤ）作為端錄錄浦源，通過(guò)芯徑為４００ｕｍ逡逑１１逡逑

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本文編號(hào)：2767440