光电子技术专业毕业论文 [精品论文] 高功率全固态绿光红光激光器及特异材料光子晶体的研究.doc

光电子技术专业毕业论文 [精品论文] 高功率全固态绿光红光激光器及特异材料光子晶体的研究 关键词：全固态激光器 Nd：YAG激光器 绿光激光器 红光激光器 内腔倍频 声光调Q激光器 光子晶体 负折射材料 摘要：全固态激光器是一种优良的新型光源，因具有效率高、结构紧凑、输出稳定、寿命长等优点，在工业、科研、军事等领域发挥着越来越大的作用，已成为应用激光器中的主流。高功率的全固态绿光、红光激光器在激光彩色显示、激光医疗、高密度光存储、材料处理和分析、超高清晰度打印和扫描等领域有着非常广泛的应用前景，是近年来全固态激光技术研究的热点。 近年来，介电常数和磁导率同时或只有一个为负数的新型人工材料--特异材料，已经在微波段乃至近红外通过人工合成实现。人们通过将特异材料引入一维光子晶体中，发现了新型的光子带隙。由于这些光子带隙具有与传统的布拉格带隙截然不同的性质，并具有潜在的应用前景，因此含有特异材料的一维光子晶体已成为了当前的一个研究热点。 本文的主要创新点可以归纳如下： 1、采用两个150W半导体侧泵模块，进行了单棒和双棒串接声光调Q内腔倍频绿光激光器的研究。采用一个150W模块进行内腔倍频声光调Q绿光激光器实验研究，用KTP内腔倍频，得到76.9W的绿光输出，光-光转换效率11.6％；用LBO倍频得到79.3W的绿光输出。采用两个150泵浦组件串接，双声光调Q，高抗灰迹KIP晶体倍频得到131W的绿光激光输出，光-光转换效率13.1％，在激光器输出功率为128W时功率不稳定度为0.71％，光束质量因子M2在80W时为6.7。此结果在目前国内外高功率绿光激光器光束质量和稳定性方面处于领先水平。在此基础上我们研制了120W绿光激光器样机，用于前列腺治疗仪的研究和开发。 2、分别采用50W和150W半导体侧泵模块、采用侧面泵浦方式和优化的三镜折叠谐振腔设计，Ⅱ类相位匹配KTP晶体作为腔内倍频晶体进行了高功率连续绿光激光器的实验研究。用50W型泵浦组件，得到18.7W的连续波绿光激光输出，对应的光-光转换效率为10.4％，功率不稳定度为0.4031％，在以上实验结果的基础上，我们研制出国产化的全固态10W连续绿光激光器实用化样机。采用单个150W模块泵浦，实现了输出功率51.2W的连续绿光激光输出，对应的光-光转换效率为10.3％，在输出功率为47.4W时测得激光功率不稳定度为0.49％，用刀口法测量了激光光束质量，M2小于9。据我们所知，在采用棒状工作物质的全固态连续绿光激光器中，该输出功率达到国际领先水平。 3、进行了高功率连续红光激光器的实验研究。使用Nd：YVO4和LBO晶体进行了LD单端泵浦Nd：YVO4/LBO连续红光激光器的实验研究，当泵浦功率为24.56 W时，获得了671 nm激光功率1.203 W，光-光转换效率为4.9％。激光器输出功率为1.08 W时测得激光功率不稳定度为0.52％。用LD双端泵浦单块Nd：YVO4晶体，腔内LBO倍频，当泵浦功率为36W时，获得671nm CW输出2.33W，光-光转换效率为6.5％，输出功率为2W附近激光功率不稳定度小于0.5％，用M2测试仪测得光束质量为M2=3.6。以上结果在目前国内外高功率连续波全固态红光激光器功率稳定性方面处于领先水平。 4、采用转移矩阵方法，分别研究了含两类特异材料的一维光子晶体（对称Fibonacci序列和异质结构）的输运特性。研究了由正、负折射率材料交替生长按对称Fibonacci序列排列形成的一维准周期光子晶体的特殊性质：具有平均折射率为零的光子带隙。将该平均折射率为零的光子带隙与布拉格带隙比较后发现，前者受入射角度和偏振的影响较后者小。这意味着零平均折射率全向能隙可被用来设计带宽固定的小型化全角度反射器。研究了由两类单负材料组成的一维异质结构光子晶体透射特性。选择合适的参数，使得一维异质结构光子晶体的平均磁导率和平均介电常数均为零，发现其禁带中出现了一个很窄的共振传播模式，位相延迟为零，这种传播模式不会随着入射角度和偏振的改变而移动，可以用来设计全方向单通道滤波器。研究了在满足零平均磁导率和零平均介电常数的条件下，形成的异质结构光子晶体中引入缺陷时的透射性质。在此结构中，调整缺陷层的数目和厚度得到多通道滤波特性。可以利用这一特性设计出一种全新的基于光子晶体的多通道滤波器。  正文内容 全固态激光器是一种优良的新型光源，因具有效率高、结构紧凑、输出稳定、寿命长等优点，在工业、科研、军事等领域发挥着越来越大的作用，已成为应用激光器中的主流。高功率的全固态绿光、红光激光器在激光彩色显示、激光医疗、高密度光存储、材料处理和分析、超高清晰度打印和扫描等领域有着非常广泛的应用前景，是近年来全固态激光技术研究的热点。 近