基于直接泵浦自喇曼黄光的共振泵浦钛宝石激光器研究

共振泵浦技术可将量子缺陷降到最低并消除量子效率损耗，是一种可根本性解决激光器热效应问题的最新技术。本申请拟将共振泵浦技术应用于可调谐固体激光器和固体激光器非线性效应的研究，研制高功率880nmLD直接泵浦的内腔倍频588nm黄光自喇曼Nd:YVO4激光器并将其作为泵浦源，选用不同掺杂浓度、长度、FOM值钛宝石晶体作为激光介质，研究直接泵浦Nd:YVO4激光器自喇曼非线性特性及钛宝石晶体在其吸收谱中心右边带黄橙光波段泵浦下的共振泵浦特性，充分掌握共振泵浦下晶体相关参数、泵浦光特性对泵浦吸收、激光辐射、热沉积和非线性效应的影响，确定共振泵浦钛宝石激光器和自喇曼Nd:YVO4激光器的最佳参数，建立共振泵浦钛宝石激光器和自喇曼Nd:YVO4激光器的理论模型，实现高效、低热、高光束质量共振泵浦可调谐钛宝石激光器运转，为黄橙光激光二极管共振泵浦高功率钛宝石激光器提供更充分的科学依据和技术准备。

钛宝石晶体激光上能级寿命随温度增高急剧衰减的问题是钛宝石激光器高功率高效运转的最主要障碍。为克服这一缺陷，本项目采用588nm黄光替代目前常用的绿光泵浦源，降低量子亏损，从而实现减轻热效应、提高转换效率的有益效果。本项目围绕这一目标开展：1、为获得高效的588nm黄光泵浦源，采用内腔倍频Nd:YVO4自拉曼激光器的方案。考虑热效应也是提高自拉曼激光器输出功率的主要障碍，建立适用于自拉曼激光器的热效应模型及速率方程并求解，得出自拉曼激光器输出功率和转换效率的优化条件；实验上采用880nm和914nm共振泵浦方式减轻Nd:YVO4自拉曼激光器的热负载，其中880nm泵浦下588nm黄光最高输出平均功率8.59W@80kHz，光光效率23.1%，1525nm输出平均功率5.2W@140kHz，光光效率7.0%，914nm泵浦下1525nm输出2.58W@100kHz，光光效率16.4%，并讨论了自拉曼激光器输出功率曲线上出现凹陷现象的原因。2、为实现钛宝石激光器高效运转，讨论钛宝石晶体参数对应的泵浦吸收和固有损耗变化对激光器转换效率的影响，分析不同泵浦波长即热负载比下晶体内的温度分布；求解脉冲泵浦钛宝石激光器速率方程，得到激光器功率效率优化条件。实验方面，分别采用588nm和532nm泵浦源搭建宽光谱输出和棱镜调谐的钛宝石激光器。实验中脉冲重复频率40kHz时，5.55W黄光泵浦下钛宝石激光器输出平均功率1.16W，光光效率20.9%，相对4.51W吸收泵浦功率的转换效率25.7%，相同实验条件下532nm绿光泵浦的光光效率为17.9%，验证了通过588nm黄光共振泵浦钛宝石激光器提高激光效率的可行性。项目执行过程中共发表期刊论文12篇，其中SCI收录8篇，EI收录4篇，发明专利授权6项，申请中5项。培养出站博士后1名，毕业博士生2名，其中1名获得天津市优秀博士论文奖，在读博士生3名。