非线性效应与倍频晶体

深圳大学本科毕业论文（设计）题目:半导体侧向抽运固体激光器的脉冲宽度分析姓名:梁永健专业:电子科学与技术学院:电子科学与技术学号:2005111188指导教师:余建华职称：教授2009年05月12日深圳大学本科毕业论文（设计）诚信声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文（设计），题目《全固态紫外激光器研究及脉宽分析》是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。除此之外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。本人完全意识到本声明的法律结果。毕业论文（设计）作者签名：日期：年月日目录【摘要】........................................................................................................................1【关键词】....................................................................................................................1前言................................................................................................................................2第一章固体激光器基本原理....................................................................................3（一）固体激光器光泵浦模块....................................................................................3（二）耦合方式............................................................................................................4（三）固体激光工作物质............................................................................................5第二章固体激光器的的热效应................................................................................6（一）热透镜效应........................................................................................................6（二）热稳腔................................................................................................................7第三章非线性效应与倍频晶体..............................................................................10（一）非线性光学基础..............................................................................................10（二）倍频波耦合及转换效率..................................................................................10（三）相位匹配..........................................................................................................13（四）晶体温度控制..................................................................................................15（五）常用倍频晶体..................................................................................................15第四章紫外激光实验..............................................................................................17（一）实验装置..........................................................................................................17（二）腔型实验..........................................................................................................17（三）脉宽实验..........................................................................................................19（四）倍频输出..........................................................................................................24（五）倍频效率分析..................................................................................................24（六）实验总结..........................................................................................................25第五章结束语..........................................................................................................26参考文献：..................................................................................................................27致谢：..........................................................................................................................28【Abstract】................................................................................................................29【KeyWords】............................................................................................................29第1页半导体侧向抽运固体激光器的脉冲宽度分析梁永健(2005111188)电子科学与技术学院05电子科学与技术【摘要】：半导体侧向抽运固体激光器是目前工业激光及其应用领域的关键技术。在简单紧凑的平平直腔内，半导体激光侧面抽运Nd：YAG固体介质，使用声光调Q开光进行调制，产生高功率、准连续的基频红外激光（1064nm），经过非线性光学晶体（倍频晶体LBO）变换成绿光（532nm）。进一步利用基频与倍频光的和频，产生355nm的紫外激光。本文介绍了固体激光器基本构造、谐振腔热效应、非线性光学晶体理论，从调Q重复频率、峰值功率、脉宽宽度等方面解析倍频效率影响，同时从实验及理论方面分析脉宽的影响因素，如腔长、重复频率、泵浦电流等。【关键词】：紫外激光器非线性效应热透镜效应LBO晶体脉冲宽度LD侧面泵浦【教师点评】：第2页前言固体激光器在工业激光材料加工、激光医学、激光化学、科学研究与发展以及国防方面获得广泛的应用。采用波长与激光工作物质吸收波长相匹配的激光作激光光源无疑是大大提高激光器效率。半导体激光作为泵浦源的全固体激光器具有体积小、重量轻、效率高、性能稳定、可靠性好、寿命长和光束质量高等优点,是近几年激光技术研究的热点。通过非线性光学频率变换技术,即通过对全固体激光器基频光的倍频、和频、差频等技术,原则上可把全固体激光的波长范围扩展到从深紫外到远红外的整个波段。在可见波段，通过腔内倍频获得的红光（660nm),绿光(532nm),蓝光(473nm)已经广泛的报道了。然而这三色光，绿光激光器发展最为成熟，输出功率也最高，这样，对进一步研究和频产生的紫外激光器就更有利用价值。同时，在实现基频光输出方面，Nd：YAG晶体是目前综合性能最为优异的激光晶体。基于紫外激光器的应用也很广泛，紫外激光具有波长短、易聚焦、能量集中、分辨率高等优点【1】,在光数据存储、光刻技术、光盘控制、微加工、大气探测、微电子学、光化学、光生物学及医疗等领域有广泛的应用前景。人们对全固态紫外激光器的研究工作主要落在355nm紫外波段，也即是1064nm红外光的三倍频。该激光器设计方法是：在非线性光学晶体（倍频晶体）将由半导体激光抽运的固体激光器发出的红外激光（波长为1064nm）变换成绿色激光（波长为532nm）之后，再用其它的非线性光学晶体（和频晶体）变换成紫外激光（波长为355nm）。本人这次毕业设计课题是半导体侧向抽运固体激光器的脉冲宽度分析，这次设计属于将紫外光固化快速成型模具制造项目中紫外激光研究部分。本人这次研究的实验部分主要是倍频输出部分，对和频紫外输出部分只是进行理论讲解。在这个课题的研究，前人已经对全固态激光器热效应、谐振腔稳定性方面作了深入的研究，其中包括利用光斑半径、热透镜和泵浦电流关系分析泵浦电流与热稳定区的关系【2】和利用热透镜变化改变2DA的关系分析谐振腔的稳定性【3】，调Q重复频率对稳定区的影响，腔型和热效应对光束质量的影响，倍频及和频偏振模匹配等等。本人则在前人的基础上，对热稳定区进行重新分析，进一步了解脉冲宽度、峰值功率、调Q重复频率之间的关系，以及它们对倍频效率的影响。这方面的研究，对提高倍频效率、和频效率有一定的指导作用，从而有利于获得更高的绿光和紫外光的输出功率。第3页第一章固体激光器基本原理（一）固体激光器光泵浦模块1、激光二极管（LD）【4】固体激光器的工作方式的不同可分为连续和脉冲固体激光器电源两大类。常用泵浦光源有惰性气体放电灯（闪光灯和连续弧光灯）和激光二极管（LD）。惰性气体放电灯是固体激光器最为广泛的泵浦灯源，灯内充有氙（Xe）或氪（Kr）是等惰性气体，辐射率都比较高，但是它们的宽带辐射谱中仅有一小部分被激活粒子所吸收，其余部分大多以热的形式散逸，有害的紫外辐射还