论文部分内容阅读
紫外激光具有波长短,易聚焦,分辨率高,光子能量大等特点而被广泛应用于激光雷达、激光通讯、激光标记和生物分子机制研究等方面。尽管LD(LaserDiode)泵浦的固体紫外激光器已经出现了一些实用化的装置,但是在实际中还面临光束质量较差,激光器功率稳定性不足,通过水冷控制温度导致激光器体积较大,使用不方便等问题。本论文旨在改善紫外激光器的稳定性,减小激光器体积,改善光束质量,同时提高可靠性和使用寿命,使激光器能够满足实用化要求,具体工作如下：(1)对LD泵浦调Q激光器进行了分析,由调Q原理结合四能级速率方程推得调Q激光器速率方程。同时根据三波互作用的耦合波方程,对频率转换等非线性过程、效率以及相位匹配过程进行了理论分析。(2)采用LD端面泵浦Nd:YVO4晶体产生基频光,LiB3O5 (LBO)晶体进行倍频与和频,声光调Q产生巨脉冲,比例积分微分算法(PID, Proportion Integration Differentiation)控制精确温度调节,补偿非线性晶体角度相位匹配误差,实现了一台输出波长为355nm的小型紫外激光器。该激光器在重复频率为15kHz,泵浦功率为13.33W时,355nm激光平均输出功率为1.24W,808nm-355nm的转换效率为9.3%,输出激光脉冲宽度为9.8ns,光束质量因子Mx2和My2分别为1.8和1.7,该激光器2小时内输出功率不稳定度为0.45%。(3)采用LD端面泵浦Nd:YVO4晶体产生基频光,LBO晶体进行倍频,BaB2O4 (BBO)晶体进行四倍频,声光调Q产生巨脉冲,实现了输出波长为266nm的激光器。该激光器在重复频率为15kHz,泵浦功率为12.58W时,266nm平均功率为440m W,脉冲宽度为10.7ns。该激光器采用多镜腔结构,通过多次反射倍频激光与四倍频激光,补偿由于BBO晶体走离效应产生的光斑不均匀性,使出射光斑接近圆斑。(4)采用LD端面泵浦Nd:YAG晶体,LBO晶体进行倍频,KD2PO4 (DKDP)晶体进行四倍频,Cr4+:YAG晶体调Q产生巨脉冲,实现了输出波长为266nm的激光器。实验中采用的DKDP晶体尺寸为10×10×20mm3,氘元素含量为98%,非线性过程采用Ⅰ类温度相位匹配方法。该激光器在重复频率为10Hz,泵浦功率为60W,泵浦脉宽为500μs时,获得266nm激光输出能量为57μJ、266nm激光脉冲宽度为亚纳秒量级。