1、西北大学硕士学位论文全固态四波长激光器的理论与实验研究姓名：宋东璠申请学位级别：硕士专业：光学指导教师：任兆玉20100617摘要全固态多波长激光器可以实现多个波长激光的同时输出或交替输出，而且具有耗电量小、体积小、效率高、结构紧凑、操作维护方便的 优点，在光存储、光显示、激光医疗、激光微加工等领域中有着重要的应用。本 论文对侧面泵浦的多波长激光器进行了理论分析与实验研究。本论文的主要工作如下：回顾了多波 长激光器的特点、应用及多种获得方法，介绍了近些年来多波长激光器的发展概况。分析了两种常用晶体：和：。的物理光学特性及激光特性；从三波相互作用耦合波方程出发，引出相位匹配技术并进行了详细的讨论
2、和研究，讨论了常用的三种倍频晶体、的主要特性；总结 了常用的调方式，主要分析了电光调方式和声光调方式。从恒温冷却的激光晶体内部温度场出发，针对限制固体激光器功率提高的热效应问题即激光棒的热透镜效应和热致双折射效应进行了分析；分析了非线性晶体的热效应，提出了一些缓解措施；分析对比了目前常用的几种热透镜焦距测量方法，总结了常用的热透镜效应补偿方法；设计了一种双透镜望远镜型热不灵敏腔。实验研究了侧面泵浦四波长激光器，首先进行了：激光器的、双波长 基频光的实验研究，当泵浦电流为，调重复频率为时，获得了最大平均输出功率为的基频光输出，当泵浦电流为，调重复频率为 时， 测得激光的最大平均输出功率为：提出了
3、水开关实现光路切换的新方法；最终获得了四波长的交替输出，、四个波长的最大功率分别为：、，在水开关通水时实现了、及绿光的同时输出，三个波长激光的最大平均输出功率为、。、；实验还研究了声光调频率对功率以及脉冲宽度的影响。关键词：侧面泵浦，相位匹配，声光调，热效应，四波长激光器，曲，：、，：；，；，；，；，、：，、析，、；，：，西北大学学位论文知识产权声明书本人完全了解西北大学关于收集、保存、使用学位论文的规定。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。本人授权西北大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手
4、段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所等机构将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库或其它相关数据库。保密论文待解密后适用本声明。学位论文作者签名：盘查洚铂年西北大学学位论文独创性声明本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，本论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西北大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：豪矛孑鬈珈年月门日一日他一签吖币、占燃芴导曙西北大学硕士学位论文第一章绪
5、论年，红宝石脉冲固体激光器研制成功，开辟了激光技术的里程碑。至今 为止，人们已经在几千种物质中获得了激光输出，激光输出单脉冲能量高到几十万焦耳，功率高至千太瓦，连续输出功率在几万瓦以上。超短脉冲的宽度可压缩至几百阿秒量级【。固体激光器以其功率较大、结构牢固、体 积较小而被广泛应用发展。尤其是二极管泵浦的全固态激光器大大解决了灯泵固体激光器热效应严重的问题，而且结构紧凑、能获得高质量的输出光束。随着人们对一台机器上输出多个波长的激光的需求越来越大，国际上对全固态多波长激光器做了大量的研究。这些研究不但促进了全固态多波长激光器的发展，更重要的是其应用促进了工业、医 疗、通 讯和科学研究等领域的蓬勃
6、发展。多波长激光器的特点和应用由于激光具有独特的四大高单色性、高方向性、高相干性、高亮度性，使得其能量在空间、时间 和光谱上高度集中，人们将更多的注意力放在波长的拓宽、功率和能量的提高上，加速了激光技术的发展。相比于 传统的单一波长激光器，多波长激光器可以实现多个波长激光的同时输出或交替输出，人们可以在一台激光器上使用多个波长的光，既方便又省去了购买多台激光器的费用。常见的多波长输出波段已经涵盖了从紫外到红外光，大大满 足了人们生产生活的需求。在激光的众多应用领域中，可见光激光主要应用于光存储、光显示、激光医疗、激光微加工等领域。光存储光盘存储技术是随着大数据量信息的存储和交换发展起来的，它不
7、仅能存储海量的信息，还能够 同时存储声音、文字、图形、图象等多种媒体的信息，具有存 储密度高、容量大、可随机存取、保存寿命长、工作稳定可靠、轻便易携带等一系列优点，在信息存储、传输、管理和使用方式上，相对于传统的记录媒体发生了根本性的变化。光盘是通过凹槽和非凹槽来存储数据的。存储时，刻录机在光盘表面刻出许多凹槽，由于凹槽和非凹槽对光的反射能力不同，在光盘驱动器中，由于光盘片是不断旋转的，当激光射向旋转中的光盘片，光束有可能照射在连续的平面（）和凹槽（）上，这时反射光经透镜聚焦射向接收资料的光电装置，光电装置会将这个光信号转换成相应第一章绪论的数字信号。另一种可能就是光束照射在平面向凹槽转变或凹
8、槽向平面转变的位置上，这时反射光会发生很大的变化，强度变得很弱，光电装置会将这个较弱的光信号转换为相应的数字信号【】。如图所示【】：厂一一厂厂油，曩压正厂几光盘记录的脉冲调制（矗）耜脉宽调制（）图光盘信号调 制技术示意 图光存储产品中，激光波长越短，凹坑的尺寸和凹坑的间距越小，从而实现存储容量的大幅增加，紫外激光波长短，是光盘制作的良好光源，制成的光盘分辨率高、存储容量大。激光加工工业激光加工技术是采用集光学、机械、 电气与自动控制、计算机软件和材料科学于一体的综合性高科技技术，它主要包括激光标记、激光焊接、激光切割、激光打孔等技术。随着各国 经济的快速发展，激光在工 业领域内的市场需求逐渐增
9、大，研究者对激光加工技术的研发也不甘落后，技术创新的同时进一步开拓了激光加工领域，传统的激光加工领域主要为钟表、电池、衣扣等 轻工行业，现在逐步向电子行业、机械制造 业、汽车制造业、航空、动力和能源以及医学和牙科仪器设备制造业等应用领域拓展【 】激光打标技术是近几年发展最快的一项激光加工技术。激光打标是采用高能量密度的激光照射工件的特定部位，工件表层的材料因吸收高能量而汽化或发生颜色变化的化学反应，从而在工件上留下永久性的标记。激光打标方法便捷，能标记各种字型、 图案、数字以及条形码，而且 标记线宽可小于，广泛使用在很小的零件上，这是其他标记方法不能实现的，打标深度可深可浅；具备永久性，可作防
10、伪标记；标记的字符清晰，图形质量好；效率很高，成本低，可对多种材料进行标记激光焊接是将高强度的激光束辐射至金属表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰 值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成 焊接采用激光焊接技术可以极大地降低加工成本，同时又提高了生产效率和产品质量，例如，塑盔堂堡主堂垡丝塞在激光焊接技术出现之前，生产汽车零部件必须采用铸造工艺，而现在就可采用冲压工艺，从而减轻 了零部件的重量，节约了原料激光切割系统是在激光加工应用最广泛的项技术，它是将激光束通过光学系统聚焦获得高功率密度的小光斑，再照射在材料上，材料吸收高能量被快速加热至汽化温度，这时采用喷射气
11、体吹化，从而分割材料。聚焦以后的激光焦点处能量密度极高，可以切割一些硬度极高的物质，而且激光切割无机械变形、无刀具磨损，容易实现自动化生产。大功率三维激光切割、 焊接技术是目前激光应用技术的最高水准，在航空航天、国防建设等重大战略需求上有着重大意义，也是衡量该领域国家综合竞争能力的标尺和国家制造业先进水平高低的尺度。而我国目前在该领域的技术才属于初始探索阶段，虽然国外在该方面技术领先，但其限制对我国的出口，更加阻碍了我国该技术的借鉴和发展学习，我国目前尚没有成熟的能够生产实用型大功率三维激光切焊设备的企业。年，上海团结普瑞玛激光设备有限公司，创新地应用三 维激光切割技术，成功研制出国际领先的超
12、大台面三维激光加工设备【，填补了该项技术的国内空白。该设备采用了大功率激光器，提高了大幅面三维切割光束的稳定性，获得了良好的加工效果。激光束也广泛应用于打孔，由于激光在空间和时间上的高度集中，通过光学手段可使光束聚焦获得具有很高的功率密度微米级光斑直径，几乎可以对任何材料进行激光打孔激光医疗年扎雷特（，以后坎贝尔（）等人相继用激光研究视网膜剥离焊接术，并很快用于临床。目前激光在医疗临床上除气化、凝固、烧灼、光刀、焊接、照射等治疗应用外，在 诊断和基础理论研究方面出现了许多新技术，如激光荧光显微检查，激光微束照射单细胞显微检查技术，激光 显微光谱分析，生物全息摄影及细胞或分子水平的激光检测和微光
13、手术等。激光配合导光纤维的应用对各种体腔内肿瘤及其他疾患的诊治，以及 结合各种内窥镜进行激光光敏疗法诊治腔内肿瘤新技术提供有利手段。利用激光治疗心脏疾病和血管内斑块栓塞，包括冠状动脉粥样硬化阻塞后的激光血管再通。在诊治方面，激光已用于每一临床学科， 应用激光技术诊治疾病的新方法将超过传统的诊治方法，激光技术将引起内外科治疗的“革命”，激光技术还将更广泛的应用于发现和治疗癌瘤， 进行咽喉外科手术以及缝合血管、神经、肌腱和皮肤，治 疗动脉硬化斑、血管栓摩和内科、皮肤科等的许多疾病，。皮肤血管病变是目前应用激光治疗的撮普遍的疾忠，就功能而言，可分为两种。一是治疗色素性皮肤疾病二是治疗血管性皮肤疾病，
14、二者治疗机理不同。治疗色素性皮肽疾病常用的激光器为：调绿光（）与近红外光（），这两个波 长的激光能有效地穿透表皮，到达真皮 层的色素团，然后被相应的色素吸收。色素颗粒（黑色素、纹身墨水等）在瞬日吸收如此高的激光能量后迅速膨胀、破裂，形成更小的碎粒，在随后的炎症反应中这些小砰粒被体内的吞噬细胞清除出体外，从而达到治疗目的。这是利用激光的“爆破效应”，脉冲 绿光，适用于治疗表皮良性色性疾病，如：色素痣、着色斑（老年性或日光性）、黄褐斑，黄、红、橙、褐色浅色纹身，脉冲近红外光，适用于治疗真皮层色素疾病，如：太田痣、深色纹身，黑、蓝和深色 创伤性纹身，失败性纹眉、 纹眼线等治疗血管性瘦肤疾病常用的激光
15、波长为：调 绿光与色索性疾病不同，是利用激光辐照的“热效应”进行治疗。病变部位的血红蛋白吸收了激光能量其“热效应”使血管收缩光凝，园缺氧而导致病变部位的血管逐渐消褪，从而达到治疗目的。该治疗过 程币出现“紫瘴”现象，尽量减小对表皮的热损伤。图是高能脉冲激光治疗色素性和血管性皮肤病的 临床 观察 ”：太口瘴治疗前太田痣治疗次后血管瘤治疗前血管瘕治疗歌后圈激光泊疗色章性和血管性皮肤病的临床观察囤上，红光治 疗是光动力疗法的重要手段 ”。的基本原理是：在治疗塑盔堂塑主堂丝堡奎时，先将特定的光敏物注入体内，光敏物会选择性的停留在肿瘤组织内，这时我们用蓝光照射肿瘤所在器官，肿瘤内的光敏物质吸收蓝光而产生
16、一定波段的萤光，根据发光位置就可以辨别肿瘤的位置及范围，方便诊断，最后用红光照射肿瘤组织，光敏物吸收光能产生光化学反应，将光能转移给组织内的其他物质，产生对细胞有毒性的自由基（），或与组织细胞内之氧分子作用，形成对细胞有毒性的单一态氧（），这 些有毒性的自由基或单一态氧就是可以使癌细胞组织凋亡，达到治疗目的，这种光动力疗法选择性腔，判断准确，而且穿透透能力强，可以达到组织深处。医 疗上常用的光动力疗法采用红光照射血叶琳醋硫酸盐（光敏剂），在光化学反应的作用下，产生单态 氧等氧化力极强的细胞毒性物质而杀死癌细胞【】，而：介质的谱线发射截面大，仅次于谱线跃迁，通过合理的选模，我们可以容易得到及光输
17、出，这就为倍频产生的红光提供了很好的条件，进一步促进了医疗治疗癌症的进展。多波长激光的获得方法目前，获得多个波 长激光同时或交替输出有多种途径，按照不同的产生方法，将多波长激光器分为：气体激光器、固体激光器、半导体激光器、光纤激光器、染料激光器矗盘号手。气体激光器在工业和医学领域中常见的气体激光器是氩离子激光器和氪离子激光器，其是利用气体放电管内氩、氪原子电离并激发后在离子激发态能级间实现离子反转，继而通过粒子跃迁产生激光。 氩离子气体激光器的主要输出波长在和，氪离子气体激光器的主要输出波长在 蓝光、绿光、黄光和红光，这些波长涵盖红黄绿三基色，因此可用于激光彩色显示，采用合适的配比还可以实现白
18、光及光输出，在医 疗领域中被用来治疗多种眼科疾病，现在多数医院采用的眼底病激光治疗仪便是美国相干公司生产的多波长氪激光治疗仪，临床效果很好。激光器约有条激光振荡谱线，其中有两组最强的谱线，和。激光器增益和效率高，输出功率达万瓦以上，主要】应用于激光切割，涉及 电气制造、电梯业、运输机械、石油工业、纺织机械、粮食机械、医疗机械、灯具、装饰、包装业以及激光加工站和科研院所等多方面。第一章绪论固体激光器固体激光器具有耗电量小、体积小、效率高、结构紧凑、操作维护方便的优点，全固态激光器更加大大消除了热效应的影响，利用现有多波长激光晶体和各种激光技术相结合是当前发展全固态多波长激光器的主要途径。国内外获
19、得多波长激光同时输出的研究技术方案大致有三种：第一种是，利用激光晶体发射的多条荧光谱线实现多个基频激光同时输出；第二种方法是将激光晶体发射的一条或多条荧光谱线，结合倍频、和频技术，实现多波 长激光同时输出；三是光参量振荡结合非线性技术倍频或者和频，实现多波长激光同时输出【。：激光器是目前最常用的一类固体激光器，其激光跃迁可产生多条 谱线 ，激光器在室温时以最强的激光跃迁振荡，通过在谐 振腔中插入标准具或色散棱镜，或者通过镀膜调制损耗，都可以选择性得获得其他波长的跃迁振荡。染料激光器染料具有非常宽的荧光带宽，它可在很宽的波长范围内连续调谐，染料激光器的波长，已经涵盖的范围。常见的以四氢呋喃为溶剂
20、，以为染料发射的激光波长范围为，染料激光器在光生物学、光 谱学、光化学及化学动力学等超快现象的研究中，都是十分重要的。半导体激光器半导体激光器【是用半导体材料作为工作物质的一类激光器，由于物质结构上的差异，产生激光的具体 过程比较特殊。常用材料有砷化镓（）、硫化镉（）、磷化铟（）、硫化锌（）等。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。半导体激光器一般是给结的半导体材料上加上足够大的正向偏压，使结产生受激复合辐射而发出激光，光学谐振腔是利用与结平面相垂直的自然解理面（面）构成，可在晶面上镀一层二氧化硅，再镀一层金属银膜增加反射率。在年，日本索尼公司公开了一种多波长半导体激光器【，该多波长半
21、导体激光器通过分离区域在公共衬底上设置的了两个谐振腔结构，即第一侧边发射型谐振器结构和第二侧边发射型谐振器结构，第一侧边发 射型谐振器结构产生波长为的振荡光，第二侧边发射型谐振器结构产生波长为的振荡光。光纤激光器光纤激光器在耦合效率、散热效果、光束 质量，可靠性和体 积小等方面相比传统的固耍丕堂堡主兰垡堡塞体激光器具备很大优势，广泛应用于光通信，材料加工和处理，医学和印刷等领域【 】。波分复用（）是指在同一根光纤中同时传送几个不同波长的光信号，进行光波长划分复用通信，也叫光频分制。随着高容量光纤通信网的发展，波分复用技术得以广泛的采用，多波长光纤激光器得以快速发展，英国电信实验室的和提出的多波
22、长激光器结构，其特点是在由单模光纤所构成的环形腔中加入一段多模光纤，利用 泵浦源特性所产生的宽带光源以及和之间传播常数的差异产生的空间模式差拍效应，实现多个波长的输出。贝尔实验室的和等提出的实验装置中，采用环形腔结构，通过控制偏振态变化实现波长选择和损耗大小的控制，掺铒光纤在液氮制冷下以非均匀加宽为主，最终实现了个波长的同时激射。可 见多波长振荡现象是否能够出现和稳定，与激光器增益介质的加宽特性有着密切的关系。泵浦的全固态多波长激光器的发展现状近年来，单一波 长输出的激光器功能显单一，在众多领域如干涉彩虹全息、精细激光光谱、差分吸收激光雷达（队）、激光医学、激光显示领域中需要同时输出两个或多个
23、波长的激光器，全固态多波长激光器由于其具有结构紧凑、热效应小、体积小、功率高等优点，相比于气体激光器在某些应用领域中更有优势，因此近年来，全固态多波长激光器已经成为国际上一个较为热门的研究课题。早在年，提出了实现双（多）波长同时振荡的阈值平衡条件，并且比较了几种掺离子激光晶体在灯泵浦下产生连续和准连续双波长振荡的可能性。年，采用：晶体获得了和双波 长输出，然后利用两块晶体 对两个基频光倍频获得到红光和蓝光的输出【，年，林文雄等【报道了采用：获得和的双波长激光器，初期的多波长激光器都是以灯泵的方式研究的，其热效应严重，输出功率和转换效率非常低。随着半导体二极管技术的发展，半导体二极管泵浦的全固态
24、激光器进入了研究阶段，其大大降低了热效应的严重性，泵浦多波长激光的输出功率和转换效率有了很大提高，年，】提出了采用泵浦时实现连续双波长运转的同阈值振荡条件，并采用端面泵浦：晶体三 镜 腔结构在最大输入功率时得到的和的的连续双波长输出。年，山东师范大学何京良第一绪论小组利用泵浦：晶体声光调两镜腔结构产生和双波长输出，腔外使用一块非用期光学超品格 实现了红、 绿、蓝三色激光输出平均输出功率分别为、和以及利用 泵浦：晶体三 镜腔结构产生和 连续双波长输出：同年在腔外使用一块非周期光学超品格实现 了红、黄、绿交通信号光激光输 出输出功率分别为、和。年利用泵浦：晶体声光调镜腔结构产生和双波长输出，腔外使
25、用一块非周期光学超晶格实现了红、黄、 绿、 蓝四色激光输出 输出功率分别为、和。年，等报道了端面泵浦：品体，在晟大输入功率 时得到总的输出功率为的和的连续双波长输出：口报道了泵浦：品体和双波长脉冲激光输出，在注入功率时获得总的平均功率的双波长输，转换效率为：，等通过端面泵浦：晶体和双波长连续激光输出。年，等口报道了侧面泵浦：晶体，在泵浦功率重复 频率时，得到 总的平均输出功率的和的双波长输出。同年西北大学光子所口 ”利用侧面泵浦：晶体 产生和双波长输出，采用一块倍频晶体、一块倍频晶体、一 块和 频品体实现腔内非线性频率转换，获得红（）、绿（）、黄（）同时输出，如 图所示圈红黄绿三波长激光同时振
26、荡输出装兰西北大学硕士学位论文第二章全固态多波长激光器的理论固体激光器由工作物质、泵浦源、光学 谐振腔、冷却系 统等部分组成， 泵浦源为工作物质中粒子束反转提供能量，工作物质是激光器的核心，工作物质中的激活离子通过受激辐射产生激光，光学谐振腔用来提供光学反馈，由全反射镜和部分反射镜组成，冷却系统是固体激光器中必不可少的辅助装置，其作用是防止内部元件温度过高，热效应严重易引起棒破裂的现象。限制固体激光器功率提高的最重要因素是热效应。而全固态激光器相对之前的灯泵式固体激光器大大降低了热效应，它是指用激光二极管代替闪光灯泵浦固体激光增益介质的激光器，也称为激光二极管泵浦的固体激光器（，或）。它集两种
27、激光器的优势于一身，具有转换效率高、器件结 构紧凑、体积小、寿命长、可靠性高、结构牢固、光束质量好、输出能量大、峰值功率高、工作介质覆盖的波段广及运转方式多样等有点，与非线性光学频率变换技术相结合，可 实现多种波长的运转，已成 为当前激光技术发展的主要方向【。为了在一台激光器上实现多个波长激光输出，我们必须选择合适的激光晶体、非线性技术及非线性晶体以及为了获得一定脉宽的脉冲激光所采用的调方式，本章就从这三点出发，逐一进行分析讨论。激光工作物质的物理及光学特性激光器的工作物质必须具有尖锐的荧光线、强吸收带和针对所需荧光跃迁的相当高的量子效率【一般来说，掺杂少量元素的晶体或玻璃通常具有这些特点，三
28、价钕离子在某些有序结构的晶体中呈现出足够长的荧光寿命和窄荧光线宽，且拥有远高于基态激光跃迁的激发能级，易于实现室温下的连续工作，因此，将钕离子添加入到石榴石、玻璃、蓝宝石、等多种固体基质材料中，可以低 阈值实现受激辐射产生激光。：的物理及光学特性：是目前最常用的一种固体激光材料，也是最成熟的固体激光材料，如图所示，晶体的化学式为，属于立方晶系，纯的无色且光学各向同性，具有立方结构特性，：是将三价的激活离子 ”掺入钇铝石榴石中，替代离子，不需要补偿电 荷。由于：晶体具有立方结构，所以易于得到窄的荧光谱线，。章固巷多波澈光嚣的论导致了高增益、低阈值。除此之外，作为基质的具有很高的机械强度，良好的导
29、热性和光学质量，且的吸收峰与二极管 辐射的光谱重合，因此泵浦的激光器是最常见、 发展最迅速的器件，在等人删首次报道成功进行：激光器运转 几十年来，科研人 员们已经利用单棒获得连续输出功率高至几千瓦。圄未经切割的：晶体中的钍原子浓度通常限制在左右为了产生高储能，需要高浓度的掺杂但由于在：中，”和”两种稀土离子的半径差约，掺杂的钕原子浓度太高时，晶体就会出现应变， 严重破坏了的晶格，引起 荧光寿命缩短，线宽展宽，最终导致光学质量变差。因此在选择：时，存在一个最佳 掺杂浓度，尽可能充分利用工作物质提高激光措的性能。一般的原则是，在连续运转情况下 为了获得优良的光束质量，通常 选择低掺杂浓度（ ）；在
30、开关运转时，通常选择高浓度的掺杂（大约为）获得高储能；在高功率泵浦的激光器中，往往选择低掺杂浓度（如柬降低热效应，提高激光性能。并且防止浓度碎灭。表列出了出晶体的物理和光学特性。表：的物理及光学特性化学式：，质量百分比原子百分比匣子数 熔点（莫氏硬度西北大学硕士学位论文密度（）断裂应力（） 散射损耗（）热膨胀系数【】方向巧一，【方向一，（方向巧，折射率（）线宽荧光寿命受激发射截面：一。：的激光特性：晶体的跃迁能 级图如图所示，能级基态为能级，尼，抛，吮均可作为激光下能级，是亚稳态 能级，其 荧光效率高于，荧光寿命为，可作为激光上能级。，、毫备、，交翘船搬舢口媳岔眈，泵浦带图：的跃迁能级结 构图
31、趁撕培坫控第二章全固态多波长激光器的理论在光泵 浦下吸收能量从基 态跃迁到各吸收能级后，迅速通过无辐射弛豫跃迁到亚稳态能级忍，向下能级自发辐射可产生三条明显的荧光谱线，其所对应的能级跃迁和中心波长为，、一，抛，尼这三条荧光谱线的发射分支比（每条谱线的强度和总荧光强度之比）为，。能级。尼， 尼分别比基能级高出和，因此其粒子数密度是基能级的（啪（），此两个激光下能级上几乎没有热粒子数。当粒子从能级乞向跃迁 时，激光器为四能级激光系统，跃 迁阈值很低，容易 实现粒子束反转，产生激光振荡，从能级乞，向跃迁时，激光器 为 三能级激光系统，室温下基 态能级上的热粒子数较多，较难实现粒子束反转，激光产生阈值
32、很高，可通过降低温度减少基态能级上的热粒子数，产生激光振荡。在室温条件下，：激光器在处的受激发射截面最大，通常只产生的激光振荡，如果在该谐振腔中插入 标准具、色散棱 镜，或者采用镀有高度选择性介质膜的反射镜，抑制不需要的波长的激光振荡，就可以产生合适的波长跃迁，科学家们已经在：中 产生了多种跃迁，表给出了：激光器产生的主要室温跃迁表：中主要的室温跃迁波长（在空气中）跃迁相对性能哼蜀一 马一 焉专艺墨一墨西北大学硕士学位论文 墨专瓦 坞一 心一虼焉哼 墨专虼恐一五 垦一 墨专五 蜀专五 垦专五 垦一五 墨一五 是一五 马专蜀：【】掺钕钒酸钇：属于四方晶系，锆石英（）结构，是正单轴晶体。类似于：，
33、晶体生长过 程中用取代一部分的位置， 掺杂浓度的大小影响了晶体呈现的颜色，如 图所示第一争同志多波长撇光器的理论图未切割的：晶体弓：晶体相比，：优点是：在处有较大的受激发射截面，是：晶体的四倍：对 波长存在很强的吸收带宽，且吸收带宽变化不大， 宽的泵浦惜宽表示泵浦效率更高，不需要严格的选择何种激光二极管作为泵浦源和控制激匕二极管泵浦波长；：一是自然般折射晶体，具有很强的偏振辐射特性和偏振吸收特性，偏振偏振吸收特性即：。对泵浦光的吸收强弱与泵浦光的偏振态有关，当泵浦光为兀偏振时对泵浦光的吸收最强，偏振输出即激光输出沿着特殊的兀方向线性偏振，避免了多余的热致双折射。其主要缺点是：一晶体在生长中存在
34、散射中心和吸收色心等缺陷制造大尺高质量的晶体几乎不太可能，但阵列端面泵浦系统中，泵浦光束通常是高度聚焦的只能在几毫米内维持小的束腰，这时小尺寸的：。由于吸收系数和增益高就有很大的优势：荧光寿命较短，不利十储能，因此不适于调激光器；且钒酸钇基质的的热导率很低只是：的一半，因此不利于散热，影响光束质量。表给出了：晶伴的材料特性。表：晶体的材辩特性（原子百分比）掺蚀维应坍）受激发 射截面发射激光波睦、荧光寿命峰值泵浦波长在的峰值吸收系数七。（偏振）；（偏振）折射牢（），（）西北大学硕士学位论文密度乜）热导系数（）潮上：伦热膨胀系数（）二次谐波产生理论及倍频晶体特性固体激光器中，通常采用非线性频率变换技术拓展波长范围，以满足生产生活需要。光在介质中传播时，由于光电场的作用，将 产生极化强度，极化强度应包含线性项和非线性项，当光 电场强度很低时，可以忽略非 线性项，这就是通常的线
