[2008][note]腔内级联拉曼发射的，二极管泵浦多频调Q laser——
前言
类型
太赫兹
+
透镜
太赫兹 + 透镜
太赫兹+透镜
期刊
O
P
T
I
C
S
E
X
P
R
E
S
S
OPTICS EXPRESS
OPTICSEXPRESS
作者
Y
.
T
.
C
h
a
n
g
,
Y
.
P
.
H
u
a
n
g
,
K
.
W
.
S
u
,
Y
.
F
.
C
h
e
n
Y. T. Chang, Y. P. Huang, K. W. Su, Y. F. Chen
Y.T.Chang,Y.P.Huang,K.W.Su,Y.F.Chen
时间
2008
2008
2008
目录
- 前言
- 研究目的
- 拉曼散射
- 实验
- 谐振腔
- 结论
- 问题
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研究目的
二极管泵浦固体激光器的优秀激光材料：钕掺杂钒酸单晶
N
d
:
Y
V
O
4
和
N
d
:
G
d
V
O
4
Nd:YVO_4和Nd:GdVO_4
Nd:YVO4和Nd:GdVO4
——因为这种材料吸收大、发射截面大
在调Q操作中，较大的发射截面限制了这种材料的能量储存能力（问题）
近年来（2008），采用混合晶体 N d : Y x G d 1 − x V O 4 Nd:Y_xGd_{1-x}VO_4 Nd:YxGd1−xVO4，优点是荧光线更宽，在调Q和锁模性能方面明显优于单晶
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拉曼散射
（SRS：自发spontaneous拉曼散射或受激stimulated拉曼散射）
磷酸钛钾KTP和磷酸钛铷RTP，被认为是非线性光学晶体，涉及非线性光学极化率 χ ( 2 ) \chi^{(2)} χ(2)
KTP相关的Stokes位移（ 270 c m − 1 270cm^{-1} 270cm−1）的低值允许级联SRS产生多频辐射？
\;
该论文中，内置KTP晶体的 N d : Y 0.3 G d 0.7 V O 4 Nd:Y_{0.3}Gd_{0.7}VO_4 Nd:Y0.3Gd0.7VO4激光器产生了四阶级联SRS发射
在入射泵浦功率 14 W 14W 14W情况下，工作 50 k H z 50kHz 50kHz，主动调Q内腔拉曼激光器，产生平均输出功率高达 0.92 W 0.92W 0.92W，脉冲能量 18.4 μ J 18.4\mu J 18.4μJ，最大峰值功率高于 2 k W 2kW 2kW
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实验
Front mirror平面前镜在入射面上的二极管波长处具有抗反射涂层（R＜0.2%），在激光和SRS波长处具有高反射涂层（R＞99.5%），在另一表面上的二极管波长处具有高透射涂层（T＞90%）
Output coupler平面输出耦合器在1064nm处的反射率R=99.6%，在1096nm处的R=99.1%，在1129nm处的R=86.3%，在116nm处为R=48.0%，在1204nm处为R=27.5%。
实验结果表明，可以获得包括前四个Stokes分量的级联SRS操作
\;
泵浦源为808 nm光纤耦合激光器(Coherent Inc.)，芯径为0.8 mm，数值孔径为0.16，最大输出功率为16 W。
采用焦距为12.5 mm、耦合效率为85%的聚焦透镜将泵浦光束重新成像到激光晶体中。
泵浦束的平均半径约为0.35 mm。活性激光介质为0.2-at.% N d : Y 0.3 G d 0.7 V O 4 Nd:Y_{0.3}Gd_{0.7}VO_4 Nd:Y0.3Gd0.7VO4晶体，长10 mm。
拉曼介质为长20 mm的KTP晶体，切割角沿x轴(
θ
=
90
°
，
φ
=
0
°
θ=90°， φ=0°
θ=90°，φ=0°)。
对
N
d
:
Y
0.3
G
d
0.7
V
O
4
Nd: Y_{0.3}Gd_{0.7}VO_4
Nd:Y0.3Gd0.7VO4和KTP晶体在
1000
∼
1200
n
m
1000\sim 1200 nm
1000∼1200nm(R<0.2%)的两侧进行包覆增反射。
此外，它们被铟箔包裹，并安装在一个水冷的铜块。
水温保持在20℃。30毫米长声光调Q器件(NEOS Model 33027-15-2-1)的两面涂有1064 nm的增反射涂层，驱动中心频率为27.12 mhz，射频功率为15.0 W
\;\\\;\\\;
谐振腔
该谐振腔是由激光晶体中的热诱导透镜稳定的平直腔。
线性平腔是一种很有吸引力的设计，因为它降低了复杂性，使系统紧凑和坚固。
然而，末端泵诱导热透镜并不是一个完美的透镜，而是一个具有像差的透镜。
研究发现，在一定的泵浦功率下，热诱导衍射损耗是模式-泵浦比快速增加的函数。
当入射泵功率大于5 W时，最佳模式泵比在0.8 ~ 1.0范围内。
\;\\\;
由于激光棒非常接近前镜，增益介质中的激光模式大小为
ω l = λ π ( L ⋅ f t h ) 1 / 4 ( 1 − L f t h ) 1 / 4 \omega_l = \sqrt{\frac{\lambda}{\pi}} \frac{ (L \cdot f_{th})^{1/4}}{ ( 1 - \frac{L}{f_{th}} )^{1/4} } ωl=πλ(1−fthL)1/4(L⋅fth)1/4
其中 f t h f_{th} fth是热透镜的有效焦距
\;\\\;
有效腔长度为
L
=
L
c
a
v
+
l
⋅
(
1
n
−
1
)
+
l
K
T
P
⋅
(
1
n
K
T
P
−
1
)
+
l
Q
⋅
(
1
n
Q
−
1
)
L = L_{cav} + l \cdot (\frac{1}{n} - 1) + l_{KTP} \cdot (\frac{1}{n_ {KTP}} - 1)+ l_{Q} \cdot (\frac{1}{n_Q} - 1)
L=Lcav+l⋅(n1−1)+lKTP⋅(nKTP1−1)+lQ⋅(nQ1−1)
其中
L
c
a
v
L_{cav}
Lcav是腔长度，
l
l
l是增益介质长度，
n
n
n是增益介质折射率，
l
K
T
P
l_{KTP}
lKTP是KTP晶体长度，
n
K
T
P
n_{KTP}
nKTP是输出激光的KTP折射率，
I
Q
I_Q
IQ是调Q晶体的长度，
n
Q
n_Q
nQ是调Q晶体对输出激光的折射率
末端泵浦激光束的有效焦距近似为
f
t
h
=
C
ω
p
2
P
i
n
f_{th} = C\frac{\omega_p^2}{P_{in}}
fth=CPinωp2
其中 ω p \omega_p ωp是泵浦尺寸，单位mm， P i n P_{in} Pin是入射泵浦功率，单位W，C是常数，单位W/mm
在给定的泵浦功率下，可以通过实验从平直腔能够维持稳定的最长腔长估计出有效焦距。
\;\\\;\\\;
结论
该论文开发了一种二极管泵浦的，主动调Q，混合 N d : Y 0.3 G d 0.7 V O 4 Nd:Y_{0.3}Gd_{0.7}VO_4 Nd:Y0.3Gd0.7VO4的激光器，其具有内腔KTP晶体
可产生四阶的级联SRS发射
在入射泵浦功率 14 W 14W 14W和重复频率 50 k H z 50kHz 50kHz的情况下，1096nm、1129nm、116nm和1204nm处的平均输出功率分别约为0.05W、0.61W、0.25W和0.11W。最大峰值功率高于2kW
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问题
什么是级联拉曼发射？什么是级联SRS？
什么是Stokes位移？
相同电子跃迁在吸收光谱和发射光谱（如荧光光谱和拉曼光谱）中最强波长间的差值
什么是Stokes分量？
替代偏振辐射的总强度
I
I
I、偏振度
p
p
p、偏振椭圆的参数
S
0
=
I
S
1
=
I
p
⋅
c
o
s
2
ψ
⋅
c
o
s
2
χ
S
2
=
I
p
⋅
s
i
n
2
ψ
⋅
c
o
s
2
χ
S
3
=
I
p
⋅
c
o
s
2
χ
S_0 = I \\ S_1=Ip\cdot cos2 \psi \cdot cos 2\chi \\ S_2=Ip\cdot sin2 \psi \cdot cos 2\chi \\ S_3 =Ip\cdot cos 2\chi
S0=IS1=Ip⋅cos2ψ⋅cos2χS2=Ip⋅sin2ψ⋅cos2χS3=Ip⋅cos2χ
其中p是被极化的电磁波百分比，完全极化波
100
%
100\%
100%，非极化波
0
%
0\%
0%，
ψ
\psi
ψ是两倍表示
ψ
=
ψ
0
\psi=\psi_0
ψ=ψ0的极化波、
ψ
=
ψ
0
+
π
\psi=\psi_0+\pi
ψ=ψ0+π的极化波是一样的
χ
\chi
χ是两倍表示椭圆与半轴长度交换并伴随 90° 旋转的椭圆无法区分
\;\\\;\\\;