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光学超晶格多波长全固态激光器研究

作　者: 赵丽娜
导　师: 祝世宁
学　校: 南京大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 光学超晶格全固态激光器多波长激光泵浦光功率超连续非线性频率变换飞秒光参量振荡泵浦光源激光输出倍频产生和频产生三镜腔三基色超晶格材料激光技术周期极化泵浦源极化电流位相匹配
分类号: TN248.1
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

近年来,基于非线性频率变换的全固态激光技术发展迅速。准位相匹配(QPM)技术是非线性光学频率变换领域中的一个重要部分,因其转换效率高、设计灵活等特点受到了广泛的关注。本论文在研究光学超晶格材料极化技术的基础上,以不同结构的超晶格材料作为非线性频率变换器件,结合全固态激光技术,成功研制出小型化的黄光和红、绿、蓝三基色激光器。此外,我们还研究了钽酸锂晶体和周期极化钽酸锂超晶格中的飞秒超连续光谱。本论文主要包括以下几个方面的内容：1、介绍了制备介电体超晶格的室温极化技术,并在此基础上设计了微机采集控制辅助极化系统。结果表明,这一辅助极化技术的采用可制备优于传统极化技术的高质量光学超晶格。2、搭建了一台激光二极管(LD)侧泵、三镜腔的1064nm和1319nm双共振的调Q.Nd:YAG激光器,并用双波长激光器作为泵浦源,以周期极化钽酸锂超晶格为变频晶体,通过和频获得了506mW的589nm黄光输出。3、利用设计准晶的广义双格子(General Dual Grid Method,GDGM)方法,设计并制备了二维准周期钽酸锂超晶格。这一二维准晶结构可以同时实现三个非线性过程：一个共线的光参量产生过程(OPG)级联两个非共线的倍频过程(SHG)。实验中使用532nm绿光作为泵浦光,通过温度调谐,在单通方式下获得了两套不同波长的红蓝光,加上剩余的泵浦绿光,实现了自动分光的红绿蓝三基色激光输出。4、基于光参量振荡级联和频这一非线性光学过程,使用级联周期和公度比双周期两种结构的光学超晶格作为变频晶体,两套方案均获得了功率为2W的红绿蓝三基色激光输出。第一套方案：以532nm绿光为泵浦光源,使用1mm厚、40mm长的级联周期结构近化学计量比钽酸锂超晶格为变频晶体,并采取红外光(闲置光)参量共振的方法获得了2W红绿蓝三基色激光,从泵浦光到三基色光的转换效率为36%,亮度为61Olm。第二套方案：以532nm绿光为泵浦光源,公度比双周期结构的钽酸锂光学超晶格为变频晶体,利用红外光参量振荡的方法获得2W红绿蓝激光,相对于泵浦光的转换效率为48%,亮度为7701m。5、研究了钽酸锂晶体和周期极化钽酸锂超晶格中的Cerenkov辐射形式的飞秒超连续光产生。当一束800nm的飞秒脉冲激光入射到钽酸锂晶体上时,由于高强度激光与非线性晶体相互作用出现自陷的光丝(filament),产生了飞秒超连续光,光谱的展宽范围为490-970nm,同时观测到超连续光是以锥形角的形式进行辐射,我们采用Cerenkov辐射理论解释了这种现象。使用周期极化钽酸锂超晶格作为非线性晶体同时获得了泵浦光的倍频和飞秒超连续光,使光谱得到了进一步展宽。展宽范围为380-950nm,其中380-440nm为泵浦光的倍频,500-970nm为超连续光。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第一章前言  11-21
  参考文献  18-21
第二章基于微机控制辅助极化系统的介电体超晶格制备  21-34
  2.1 室温电场极化技术简介  21-24
  2.2 微机控制辅助极化系统的搭建  24-29
  2.3 基于微机控制辅助极化系统的光学超晶格制备  29-31
  2.4 小结  31-32
  参考文献  32-34
第三章以钽酸锂超晶格为变频晶体的黄光激光器  34-46
  3.1 黄光激光器背景介绍  34-36
  3.2 双波长共振激光器的理论研究  36-39
  3.3 基于双波长共振的黄光激光器  39-44
  3.4 小结  44-45
  参考文献  45-46
第四章基于二维准周期超晶格的红绿蓝激光器  46-62
  4.1 利用GDGM获得准晶的理论简介  47-50
  4.2 基于二维准周期超晶格产生非共线红绿蓝激光的设计  50-54
  4.3 基于二维准周期超晶格产生非共线红绿蓝激光的实验结果  54-59
  4.4 小结  59-60
  参考文献  60-62
第五章基于级联光参量过程的高功率三基色激光器  62-84
  5.1 三基色表色系统及准白光的计算  64-68
  5.2 级联周期化学计量比钽酸锂光学超晶格红绿蓝激光器  68-75
  5.3 公度比双周期钽酸锂光学超晶格红绿蓝激光器  75-81
  5.4 小结  81-82
  参考文献  82-84
第六章非线性晶体的飞秒超连续光产生及Cerenkov辐射  84-98
  6.1 基于超快激光产生的超连续光简介  84-87
  6.2 基于钽酸锂晶体的飞秒超连续光产生  87-90
  6.3 飞秒超连续光的切伦科夫辐射  90-93
  6.4 周期极化钽酸锂超晶格中超连续光的产生  93-94
  6.5 小结  94-96
  参考文献  96-98
第七章总结  98-100
攻博期间发表和将要发表的论文、专利  100-103
致谢  103-105

光学超晶格多波长全固态激光器研究

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