【摘 要】
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激光二极管（LD）泵浦的被动调Q拉曼激光器,不仅可以拓宽激光光谱范围,而且还可以实现高光学转换效率的高峰值功率激光脉冲输出,在激光加工、激光通信、量子计算等领域具有非常广阔的应用前景。椭圆偏振态可调控的双波长高峰值功率被动调Q拉曼激光器在材料加工、分子操控和光学排列旋转激光捕获微粒子、产生高次谐波、超连续谱、太赫兹波及新型光源等方面凸显出愈来愈多的应用潜力。然而,传统的被动调Q拉曼激光器通常只能实
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激光二极管（LD）泵浦的被动调Q拉曼激光器,不仅可以拓宽激光光谱范围,而且还可以实现高光学转换效率的高峰值功率激光脉冲输出,在激光加工、激光通信、量子计算等领域具有非常广阔的应用前景。椭圆偏振态可调控的双波长高峰值功率被动调Q拉曼激光器在材料加工、分子操控和光学排列旋转激光捕获微粒子、产生高次谐波、超连续谱、太赫兹波及新型光源等方面凸显出愈来愈多的应用潜力。然而,传统的被动调Q拉曼激光器通常只能实现线偏振激光输出。因此,本论文提出了利用被动调Q技术产生高峰值功率基频光、结合YVO4拉曼晶体产生双波长拉曼激光。通过旋转a-切割YVO4晶体,研究a-切割YVO4晶体取向对被动调Q拉曼激光器的拉曼激光性能、光谱、椭圆偏振态等特性的影响,获得高光束质量、高峰值功率双波长拉曼激光调控椭圆偏振态的方法。在研究过程中,使用1.8mm厚的Cr,Nd:YAG晶体,作为激光工作介质,采用2 mm厚的a-切割YVO4晶体作为拉曼晶体和输出耦合镜,构建被动调Q拉曼激光器,谐振腔的腔长为14 mm。当入射泵浦光功率达到1.52 W时,Cr,Nd:YAG/YVO4自调Q拉曼激光器产生了 1166 nm和1176nm的双波长拉曼光输出。1166 nm和1176 nm拉曼激光分别是1064 nm基频光同时利用a-切割YVO4晶体的816cm-1和890cm-1拉曼频移转化而产生的。通过调整a-切割YVO4晶体在椭圆偏振基频激光长轴方向上的不同晶体取向和入射泵浦功率,在Cr,Nd:YAG/YVO4自调Q拉曼激光器中实现了椭圆度和方位角可控的椭圆偏振双波长拉曼激光输出。研究结果表明,椭圆偏振拉曼激光的椭圆度随a-切割YVO4晶体的旋转呈正弦平方调制变化,而且随入射泵浦光功率的增加而增加。椭圆偏振拉曼激光的方位角与a-切割YVO4晶体的旋转方向和速度相同。随着a-切割YVO4晶体从0°旋转到360°,Cr,Nd:YAG/YVO4自调Q拉曼激光器的平均输出功率、峰值功率、脉冲能量呈现正弦调制的各向异性行为,而脉冲宽度和重复频率几乎保持不变。相比于a-切割YVO4晶体的晶体取向[100],[010],[100],[010]平行于椭圆偏振基频激光长轴方向的情况,当a-切割YVO4晶体的晶体取向[110],[110],[110],[110]与椭圆偏振基频激光长轴方向平行时,拉曼激光器产生的双波长拉曼激光的平均输出功率、脉冲能量和峰值功率提高了 40%以上。在a-切割YVO4晶体旋转角度为135°,即[110]平行于椭圆偏振基频光的长轴方向时,Cr,Nd:YAG/YVO4自调Q拉曼激光器获得了最佳的激光性能。当入射泵浦光功率为5W时,获得双波长拉曼激光的平均输出功率为210mW,相应的拉曼光转换效率为4.2%。在入射泵浦功率5 W的情况下,当a-切割YVO4晶体的旋转角度由90°增加到135°时,拉曼激光的脉冲能量从波谷的2.8 μJ增加到波峰的4 μJ,峰值功率从波谷的0.9 kW增加到波峰的1.3 kW;而脉冲宽度和重复频率分别保持为3 ns和52 kHz。双波长拉曼激光的光束质量因子小于1.32,表明具有接近衍射极限的高光束质量。该论文的研究成果为研制椭圆偏振态可调控的高光束质量和高峰值功率被动调Q拉曼激光器提供了一种新的思路和实现方法。通过选择各向异性拉曼增益介质的晶体取向可以方便地调控高峰值功率双波长拉曼激光椭圆偏振态的椭圆度和方位角,为高峰值功率拉曼激光器在实际应用中提供了诸多的灵活性。
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