【摘 要】
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大频差可调谐双频激光器在激光干涉测量、光生毫米波、激光雷达等领域有着巨大的应用潜力。常用的双频激光产生方法主要是利用塞曼效应、Sagnac效应、磁光效应、旋光效应和双折射效应等,将一个激光频率分裂以获得两个频率。基于塞曼效应的0.632μm双频He-Ne激光器,因受到Ne原子荧光线宽（1500 MHz）的限制,频率分裂量较小。相比而言,固体荧光线宽要远远大于气体的荧光线宽,通过引入双折射效应获得双
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大频差可调谐双频激光器在激光干涉测量、光生毫米波、激光雷达等领域有着巨大的应用潜力。常用的双频激光产生方法主要是利用塞曼效应、Sagnac效应、磁光效应、旋光效应和双折射效应等,将一个激光频率分裂以获得两个频率。基于塞曼效应的0.632μm双频He-Ne激光器,因受到Ne原子荧光线宽（1500 MHz）的限制,频率分裂量较小。相比而言,固体荧光线宽要远远大于气体的荧光线宽,通过引入双折射效应获得双频激光的固体激光器更易于实现增大频差的目的。因此,开展大频差、频差可调谐、高功率的双频固体激光技术研究具有重要的科学价值。本论文主要工作内容有以下几个方面:第一,介绍了双频激光技术国内外发展现状及趋势,进一步地,从激光理论的原理出发,介绍了钕离子的相关特性,对其物理和光学特性以及激光特性进行讨论,分析了常用的激光单纵模选择方法及技术特点,讨论了以双折射效应产生频率分裂的方法及原理。第二,设计了一种激光二极管（LD）泵浦的1064 nm扭转模结构双频Nd:YAG激光器。在Nd:YAG激光晶体两端放置λ/4波片,其中一个λ/4波片固定,旋转另一片λ/4波片。理论分析了扭转模结构双频激光器的频率分裂量与波片夹角的关系。对扭转模双频Nd:YAG激光器的输出特性、模式选择特性、纵模分裂特性、偏振特性、光束质量进行了实验研究。实验结果表明,当两个λ/4波片正交时激光器处于单纵模输出状态,通过改变两个波片之间的夹角,单纵模被分裂,两个分裂模式为相互正交的线偏振模。最终实现了频差可调谐的双频激光器,最大频差为2.3 GHz（自由光谱范围的一半）,实验结果与理论分析一致,其最大输出功率为50.9 m W,激光器在X、Y方向的M~2因子分别为1.180和1.177,光束质量良好。第三,介绍了掺镱(Yb3+)光纤放大系统的光路组成,对放大器输出特性进行模拟,使用所搭建的扭转模结构双频Nd:YAG激光器作为种子源,用掺镱(Yb3+)光纤放大器进行功率放大实验。实验中的种子光功率为35 m W,频率分裂量分别为0.4GHz、0.6 GHz、1.2 GHz,以48%的效率耦合进入单模保偏光纤,接入光纤放大器后的功率约为15 m W。结果表明,双频激光在不同放大功率情况下,放大后的频差与注入种子光频差未见明显变化,最终实现了输出功率为10 W的双频激光,放大后光束质量X、Y方向的M~2因子分别为1.211和1.257。
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