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激光二极管泵浦的全固态蓝光激光器因具有体积小、效率高、结构简单紧凑、运转可靠等一系列优点,不仅在高密度光存储、彩色激光显示等很多民用领域有着广泛的应用,而且在水下激光通信以及海洋探测中具有较大的应用潜力。另外,与铯原子滤波器相匹配的455 nm蓝光激光被认为是实现水下激光通信的最佳波段。为此,本文重点开展了基于Nd:LuLF晶体的全固态蓝光激光器的技术研究,包括Nd:LuLF晶体物化性质和光学性能的基本阐述,以及基于Nd:LuLF晶体的全固态910 nm激光器、基于Nd:YVO4晶体的914 nm调Q脉冲激光器、通过非线性光学倍频获得455 nm蓝光激光等实验研究。
论文首先介绍了Nd:LuLF晶体的物理化学性质和能级结构,以及Nd:LuLF晶体的吸收光谱和发射光谱,并对Nd:LuLF晶体的热效应进行了理论模拟和分析。根据这些理论,我们设计了以后实验的整体结构。
第二,对于Nd:LuLF晶体的出光性能进行了细致的研究,得到了1047 nm激光和910 nm激光。基于Nd:LuLF晶体的1047 nm全固态激光器采用了连续运转的792 nm激光二极管作为泵浦源,平平腔结构,以及掺杂浓度为1%的Nd:LuLF晶体,并比较了在不同透过率的输出镜下激光的输出情况,得到了斜率效率20.1%,最高为1.3 W的功率输出。基于Nd:LuLF晶体的910 nm全固态激光器采用了脉冲输出的792 nm激光二极管作为泵浦源,并比较了在不同重复频率和脉冲宽度以及不同的谐振腔类型(平平腔和平凹腔)下激光的输出情况,为下一步通过非线性光学倍频获得455 nm蓝光奠定了基础。
第三,对Nd:YVO4晶体的物化性质和能级结构进行了细致的分析,并简要回顾了调Q技术的几种主要方法。实验中,我们采用了掺杂浓度为0.1%的Nd:YVO4晶体,平凹腔结构,获得了2.4 W的914 nm激光输出。我们采用LN晶体作为电光调Q晶体,升压式调Q方法,获得了脉冲宽度为7 ns的脉冲激光输出。
最后简要回顾了非线性光学倍频的基本理论,并详细介绍了BBO晶体的物化性质和光学性能。实验中,采用BBO晶体作为倍频晶体,获得了455 nm蓝光激光输出。
本论文开展的全固态455 nm蓝光激光器所取得的结果,为下一步研制高功率、实用化的器件奠定了基础。