若干钨酸盐、钒酸盐激光拉曼晶体性能研究

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本论文的主要研究内容包括：一、(1)测量了SrWO<,4>晶体的拉曼散射光谱，结合晶格振动群论对拉曼谱线进行了指认，确认了其归属。 (2)用532nm的皮秒脉冲作为泵浦源，在单次通过实验条件下研究了SrWO<,4>晶体的受激拉曼散射特性，获得了5级斯托克斯(Stokes)线(559.23nm，589.61nm，623.49nm，661.50nm，704.44nm)和3级反斯托克斯(anti-Stokes)线(506.97nm，484.34nm，463.65nm)，由此计算出了SrWP<,4>晶体拉曼频移为921.5cm<'-1>；测量了不同长度SrWO<,4>晶体1级斯托克斯受激拉曼散射的闽值，并得到SrWO<,4>晶体的稳态增益系数为15.5±0.4cm/GW，确认了SrWO<,4>晶体受激拉曼散射的最佳匹配方式；测量了SrWO<,4>晶体高阶的受激拉曼散射阈值和增益；受激拉曼散射的整体转换效率高于62﹪。(3)在355nm皮秒激光泵浦下，观察到3级斯托克斯线(366.44nm、379.25nm、392.98nm)，测量了SrWO<,4>晶体1级Stokes的泵浦阈值，并计算得到相应的拉曼增益为49.09cm/GW。(4)基于SrWO<,4>晶体，实现了皮秒外腔式拉曼激光器的高效率运转。二、(1)测量了BaWO<,4>晶体的拉曼散射光谱，结合晶格振动群论对拉曼谱线进行了指认，确认了其归属。 (2)用532nm的皮秒脉冲作为泵浦源，在单次通过实验条件下研究了BaWO<,4>晶体的受激拉曼散射特性，获得了5级斯托克斯线(559.64nm，590.26nm，624.42nm，662.76nm，706.18nm)和3级反斯托克斯线(463.42nm，484.24nm，507.04nm)，计算出了BaWO<,4>晶体拉曼频移为927cm<'-1>cm<'-1>；测量了不同长度BaWO<,4>晶体1级斯托克斯受激拉曼散射的闽值，并得到BaWO<,4>晶体的稳态增益系数为19.6±0.7cm/GW，确认了BaWO<,4>晶体受激拉曼散射的最佳匹配方式。(3)测量了BaWO<,4>晶体高阶Stokes光和一阶anti-Stokes光的受激拉曼散射阈值和增益，受激拉曼散射的整体转换效率高于78﹪。(4)在355nm皮秒激光泵浦下，观察到3级斯托克斯线(366.52nm、379.40 nm、393.22nm)，测量了1级Stokes受激拉曼散射的泵浦阈值，计算得到拉曼增益为51.8±2.7cm/GW。(5)基于BaWO<,4>晶体，实现了皮秒外腔式拉曼激光器的高效率运转。三、(1)用532nm的皮秒脉冲作为泵浦源，在单次通过实验条件下研究了YV04晶体的受激拉曼散射特性，获得了2级斯托克斯线(558.6nm，587.8nm)和1级反斯托克斯线(508.0nm)，由此计算出YVO<,4>晶体的拉曼频移为891cm<'-1>；测量了不同长度YVO<,4>晶体1级斯托克斯受激拉曼散射的阈值，并得到YVO<,4>晶体的稳态增益系数为15.7±0.8cm/GW；测量了YVO<,4>晶体高阶的受激拉曼散射阂值和增益，受激拉曼散射的整体转换效率高于52﹪。(2)在355nm皮秒激光泵浦下，观察到2级斯托克斯线(366.03nm、378.37 nm)，测量了YVO<,4>晶体的受激拉曼散射阈值，计算出拉曼增益为20.3+0.6cm/Gw。(3)基于YVO<,4>晶体，实现了皮秒外腔式拉曼激光器的高效率运转。多波长输出总转换效率51.4﹪，最大输出能量2.2mJ。1313nm单波长输出转换效率12.3﹪，最大输出能量0.36mJ。四、(1)测量了GdVO<,4>晶体的拉曼散射光谱，结合晶格振动群论对拉曼谱线进行了指认，确认了其归属。 (2)用532nm的皮秒脉冲作为泵浦源，在单次通过实验条件下研究了GdVO<,4>晶体的受激拉曼散射特性，获得了3级斯托克斯线(557.98nm，586.86nm，618.92nm)和1级反斯托克斯线(508.01nm)，由此计算出GdVO<,4>晶体的拉曼频移为882cm<'-1>；测量了不同GdVO<,4>晶体1级斯托克斯受激拉曼散射的阈值，并得到该晶体的稳态增益系数为26.6+0.2cm/GW，确认了GdVO<,4>晶体受激拉曼散射的最佳匹配方式：测量了GdVO<,4>晶体高阶的受激拉曼散射阈值和增益，受激拉曼散射的整体转换效率高于43﹪。(3)在355nm皮秒激光泵浦下，观察到2级斯托克斯线(365.9nm、378.1nm)，测量了GdVO<,4>晶体的受激拉曼散射阈值，计算得到相应的拉曼增益为114+9cm/Gw。(4)基于GdVO<,4>晶体实现了皮秒外腔式1311nm拉曼激光器的运转，得到的最大输出能量为0.21mJ，转换效率2.7﹪。五、(1)测量了YbVO<,4>晶体的拉曼散射光谱，结合晶格振动群论对拉曼谱线进行了指认，确认了其归属。 (2)用532nm的皮秒脉冲作为泵浦源，在单次通过实验条件下研究了YbVO<,4>晶体的受激拉曼散射特性，获得了3级斯托克斯线(558.47nm，587.92nm，620.67nm)和1级反斯托克斯线(507.58nm)，由此可计算得到YbVO<,4>晶体的拉曼频移为897cm<'-1>；测量了YbVO<,4>晶体样品1级斯托克斯受激拉曼散射的阈值，并得到该晶体的稳态增益系数为17.8±0.2cm/Gw，确认了YbVO<,4>晶体受激拉曼散射的最佳匹配方式；测量了YbV04晶体二阶受激拉曼散射的阈值和增益，受激拉曼散射的整体转换效率高于37﹪。六、测量了Nd：LuVO<,4>晶体的拉曼散射光谱，结合晶格振动群论对拉曼谱线进行了指认，确认了其归属。采用腔外单次通过方式，实现了Nd：LuVO<,4>晶体在皮秒532nm脉冲下的受激拉曼散射。实验中观察到1级斯托克斯线(558.92nm)，由此可计算出其频率间隔为904.6cm<'-1>；测量了Nd：LuVO<'4>晶体样品1级斯托克斯受激拉曼散射的阈值，并得到该晶体的稳态增益系数为15.67crn/Gw。七、(1)采用腔外单次通过方式，测量了LilO<,3>晶体在皮秒532nm脉冲下的受激拉曼散射。实验中观察到3级斯托克斯线(556.07nm，582.30nm，611.76nm，)和1级反斯托克斯线(509.57nm)，由此可计算出其频率间隔为820cm<'-1>；测量了LilO<,3>晶体受激拉曼散射的阈值，并得到该晶体的稳态增益系数为30.3cm/GW；测量并计算了LiiO<,3>晶体高阶受激拉曼散射的阈值和增益，受激拉曼散射的整体转换效率高于56﹪。(2)基于LilO<,3>晶体，实现了皮秒外腔式拉曼激光器的高效率运转。多波长输出总转换效率27﹪，最大输出能量1.4mJ。本论文的主要创新点在于： 1．首次在相同实验条件下，对多种晶体、多个切向、多种长度的受激拉曼散射特性进行了综合性系统研究。通过大量实验数据的比较完成了7种晶体的初步评估，实现了各自配置方式的优化，最终结论为：BaWO<,4>是目前最佳的宽波段拉曼频移材料，GdVO<,4>是目前最佳的自拉曼激光基质材料。 2．首次使用355nm激光泵浦多种晶体，获得了新的激光波长(379nm、393nm)，并测量了相应的拉曼阈值和增益。发现了一种新的紫外高增益材料，GdVO<,4>，该晶体的紫外增益系数甚至达到BaWO<,4>的两倍以上。虽然355nm已接近钒酸盐的紫外截止吸收边，但增益如此之高，故不能排除GdVO<,4>在蓝紫波段获得良好应用的可能性。 3．首次使用1064nm激光泵浦，采用外腔工作方式，在多种晶体中实现了1.3μm二级拉曼激光的高效输出。我们使用50mm长的BaWO<,4>晶体，获得了0.69mJ的最大输出能量和23﹪的最高转换效率，该结果优于国外同类报道。 4．首次使用外腔耦合方式，在BaWO<,4>晶体中实现了1.5μm人眼安全拉曼激光的高效输出。我们对BaWO<,4>进行镀膜，并采用泵浦缩束而非聚焦的方法使拉曼增益长度能够更有效地发挥作用，在外腔耦合方式下得到了8.5mJ的1.5μm人眼安全拉曼激光，最高转换效率达到51﹪，这些数值均为目前所知的最好结果。 5．首次研究了多种拉曼晶体高级Stokes光的阈值和增益。SrWO<,4>测到4级，BaWO<,4>测到4级，LilO<,3>测到3级，其意义在于当需要某一特定级次的拉曼激光输出时，能够对所需的泵浦能量进行预计，从而准备好泵浦光源及实验设备。在设计输出高级Stokes光的拉曼激光器时，该项工作将具有参考价值。 6．首次详细研究了YbVO<,4>晶体532nm泵浦的受激拉曼散射特性。本论文在532nm泵浦条件下测得1级和2级Stokes光的阈值及增益系数，研究了1级Stokes光的能量和转换效率的变化，1级Stokes光转换效率达到17﹪，总转换效率达到37﹪，优于国外报道值。本论文实现了YbVO<,4>晶体1064nm泵浦的外腔拉曼运转．并测得了YbVO<,4>晶体的光损伤阈值。此外，本论文中关于LuVO<,4>晶体受激拉曼散射阈值及增益的测量，至今未发现国内外有人报道。

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作者
胡大伟;
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作者单位

山东大学;

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授予单位山东大学;
学科凝聚态物理
授予学位博士
导师姓名邵宗书;
年度 2007
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正文语种中文
中图分类非线性光学（强光与物质的作用）;
关键词
受激拉曼散射; 固体拉曼激光器; 增益系数; 阈值; 钨酸盐; 钒酸盐; 晶体性能;

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