Tm：YAP腔内泵浦Ho：正交偏振双波长激光特性研究.pdf

Tm:YAP腔内泵浦Ho:LLF正交偏振双波长激光特性研究

摘要

人眼安全2μm波段的正交偏振双波长激光器在差分吸收激光雷达、相干多普勒风

激光雷达、遥感、和中红外波段非线性频率转换等方面具有重要应用背景。本文实验研

究了Tm:YAlO(Tm:YAP)自脉冲腔内泵浦Ho:LuLiF(Ho:LLF)晶体增益开关正交偏振双

34

波长激光器的输出特性以及偏振特性，对实验结果进行了详细的分析与讨论，并优化了

双波长正交偏振激光器的输出性能与参数，拓展了其成为各类光学研究与应用的新型激

光光源的应用价值。

Tm:YAPQ

首先，实验建立固体激光器，使其分别工作在连续波模式，主动调模式，

被动调Q模式以及自脉冲模式，对各个模式下的输出参数进行实验研究与结果对比，最

终选取最大输出功率为2.10W的自脉冲Tm:YAP激光器作为Ho:LLF激光器的泵浦源。

此外，对自脉冲Tm:YAP固体激光器脉冲输出稳定性问题进行了理论研究，数值模拟纵

模随机漂移及模式竞争机制下自脉冲输出时域特性，研究结果表明，纵模随机漂移会导

致自脉冲激光幅值不稳定，幅值不稳定的严重程度与纵模随机漂移量直接相关，激光器

出现了本征不稳定的输出脉冲形状。针对自脉冲激光的不稳定现象，实验上通过加入

Fabry–PérotF-P

（）标准具后实现了稳频，获得了稳定的自脉冲激光。

Ho:LLFTm:YAPHo:LLF

为了获得高效稳定的激光输出，将和激光晶体放置于同

一谐振腔内，采用腔内泵浦的方式，减少腔内损耗，加速腔内能量转换过程，实现了腔

内泵浦增益开关Ho:LLF脉冲激光输出。通过利用Tm:YAP的自脉冲机制和Ho:LLF的

增益开关机制，产生Tm3+激光和Ho3+激光两个不同波长的脉冲对，对脉冲对的脉冲输

出特性进行了分析和讨论，并研究其时间动力学。脉冲对的重复频率可以在8-22kHz范

围内进行调节，脉冲对间的时间延迟在9.5到2.9µs之间可调，并且Tm:YAP激光和

Ho:LLF激光偏振正交。由于Ho:LLF晶体的吸收稳频作用，双波长脉冲对激光器的工

F-P

作波长保持稳定，不用额外加入标准具来稳定自脉冲激光。

同时，在腔内泵浦结构下，对Ho:LLF晶体进行微角度调整，使晶体光轴与腔轴面

形成微小角度，利用Ho:LLF晶体的强自然双折射，实现了Ho:LLF正交偏振双波长激

光输出，实验研究Ho:LLF晶体正交偏振双波长激光的输出特性，并对其偏振特性进行

哈尔滨工程大学硕士学位论文

深入讨论。实验测量到2052nm的π偏振激光和2066nm的σ偏振激光的最大输出功率值

分别为299mW和126mW。随着泵浦功率的增加，两个偏振方向始终保持相互正交，且

两个正交偏振方向激光可以实现平衡能量输出。通过控制泵浦功率以及调整晶体光轴方

向来改变腔内增益-损耗平衡条件，实现了正交偏振激光的输出切换。由于增益开关机

制，Ho:LLF激光输出表现为脉冲激光，最小脉冲宽度为326ns，最大重复频率为24kHz，

最大平均能量为28µJ。此外，通过利用Ho:YLF晶体在相同实验条件下进行对比实验，

证实了Ho:LLF正交偏振双波长激光器优异的输出特性和偏振特性。

关键词：Ho:LLF激光晶体；正交偏振激光；双波长；自脉冲；增益开关

Tm:YAP腔内泵浦Ho:LLF正交偏振双波长激光特性研究

ABSTRACT

Orthogonallypolarizedlasersoperatinginthe2μmeye-safespectrumwavebandhave

importantapplicationsindiffer