固體單頻激光技術

目錄
前言
第1章 光學諧振腔 1
1.1 法布里–珀羅腔 1
1.1.1 基本概念 1
1.1.2 無源法布里–珀羅干涉儀 10
1.1.3 有源法布里–珀羅干涉儀 19
1.2 激光的模式 24
1.2.1 縱模 24
1.2.2 橫模 25
1.2.3 高斯光束 26
1.3 單頻激光器 29
1.3.1 模式競爭 30
1.3.2 空間燒孔引起多模振蕩 30
1.3.3 環(huán)形諧振腔 32
1.3.4 光學單向器 38
1.3.5 單頻激光器的輸出特性 41
1.4 單頻測試 44
參考文獻 48
第2章 熱效應的產生和改善 50
2.1 熱效應產生機理 50
2.1.1 量子虧損 50
2.1.2 能量傳輸上轉換 51
2.1.3 激發(fā)態(tài)吸收 52
2.1.4 交叉弛豫 53
2.2 端面泵浦激光晶體的熱透鏡效應 53
2.2.1 溫度分布 55
2.2.2 等效熱透鏡效應 56
2.2.3 熱透鏡像散 56
2.3 影響熱效應的因素 57
2.3.1 泵浦源 58
2.3.2 增益晶體 64
2.4 熱效應的改善 68
2.4.1 端面熱效應的減輕 68
2.4.2 熱透鏡效應的減輕 70
2.5 熱效應的補償 75
2.5.1 熱致球形像差的補償 75
2.5.2 熱透鏡像散的補償 75
2.6 像散自補償?shù)娜虘B(tài)單頻連續(xù)波激光器 78
2.6.1 減輕 Nd:YVO4 晶體的熱效應 79
2.6.2 Nd:YVO4 晶體熱透鏡像散及其補償 83
2.7 磁致旋光晶體的熱效應及其補償 94
2.7.1 磁致旋光晶體的熱透鏡效應 94
2.7.2 磁致旋光晶體熱效應的改善和補償 99
參考文獻 107
第3章 高功率單頻激光器的穩(wěn)定性 110
3.1 單縱模操控技術 110
3.1.1 熱不靈敏腔 110
3.1.2 縱模選擇技術 116
3.2 頻率穩(wěn)定性 119
3.2.1 頻率穩(wěn)定度 119
3.2.2 主動穩(wěn)頻技術 121
3.3 功率穩(wěn)定性 137
3.3.1 端面平行的 Nd:YVO4 晶體 137
3.3.2 楔形 Nd:YVO4 晶體 140
3.4 指向穩(wěn)定性 144
3.4.1 基本概念 144
3.4.2 測量原理 145
參考文獻 148
第4章 強度噪聲的分析與抑制 151
4.1 全固態(tài)單頻連續(xù)波激光器的強度噪聲特性 151
4.1.1 基頻輸出激光器強度噪聲的理論模型 151
4.1.2 內腔倍頻激光器強度噪聲的理論模型 156
4.2 強度噪聲的測量方法 160
4.2.1 白噪聲校準測量法 160
4.2.2 自零拍噪聲測量法 161
4.3 影響強度噪聲的因素 165
4.3.1 泵浦源 165
4.3.2 泵浦方式 171
4.3.3 受激輻射速率 176
4.4 強度噪聲的抑制 187
4.4.1 電流負反饋抑制單頻激光器的強度噪聲 187
4.4.2 利用光電反饋抑制激光器低頻段的強度噪聲 193
4.4.3 模式清潔器抑制激光器的強度噪聲 198
4.4.4 串聯(lián)式模式清潔器抑制激光器的強度噪聲 202
參考文獻 205
第5章 利用非線性損耗提升單頻激光器的性能 207
5.1 基本原理 207
5.2 單縱模運轉的物理條件 208
5.2.1 理論模型 208
5.2.2 非線性接受帶寬 209
5.2.3 單縱模運轉的物理條件分析 210
5.2.4 實驗驗證 211
5.3 提高全固態(tài)單頻連續(xù)波激光器的輸出功率 213
5.3.1 全固態(tài)單頻連續(xù)波雙波長激光器 213
5.3.2 內腔線性損耗的測量 217
5.3.3 百瓦級全固態(tài)單頻連續(xù)波激光器 221
5.4 提高全固態(tài)單頻連續(xù)波激光器的穩(wěn)定性 227
5.4.1 基本原理 227
5.4.2 激光器及反饋控制系統(tǒng) 229
5.5 操控全固態(tài)單頻連續(xù)波激光器的強度噪聲 235
5.5.1 全固態(tài)單頻連續(xù)波雙波長激光器的強度噪聲 235
5.5.2 激光器縱模結構與強度噪聲之間的關系 239
5.6 實現(xiàn)超寬范圍的頻率連續(xù)調諧 244
5.6.1 基本原理 244
5.6.2 實驗裝置 247
5.6.3 實驗結果與分析 248
參考文獻 252
第6章 寬調諧單頻激光技術 254
6.1 寬帶激光晶體材料 254
6.1.1 摻過渡金屬離子晶體 254
6.1.2 摻鉻離子激光晶體 265
6.1.3 摻稀土離子晶體 269
6.2 諧振腔設計 270
6.2.1 環(huán)形諧振腔 271
6.2.2 鈦寶石四鏡環(huán)形諧振腔的像散補償 273
6.2.3 像散補償?shù)沫h(huán)形諧振腔 274
6.3 單向運轉方法 277
6.3.1 寬帶光學單向器 277
6.3.2 自注入鎖定激光技術 279
6.4 寬帶調諧技術 281
6.4.1 雙折射濾波片 281
6.4.2 離軸雙折射濾波片 289
6.4.3 自動調諧的實現(xiàn) 297
6.4.4 自調諧鈦寶石激光器 302
6.5 頻率連續(xù)調諧技術 308
6.5.1 機械調制標準具鎖定技術 308
6.5.2 電光效應標準具鎖定技術 314
6.5.3 直接調制鎖定技術 323
6.5.4 雙折射標準具的偏振鎖定技術 324
6.5.5 引入非線性損耗 330
6.6 全固態(tài)單頻連續(xù)波鈦寶石激光器設計實例 334
6.6.1 泵浦源的選擇 335
6.6.2 耦合系統(tǒng)的設計 335
6.6.3 諧振腔 337
6.6.4 內腔損耗的測量 338
6.6.5 結果分析 340
參考文獻 344
結束語 348