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激光晶体

拉曼晶体材料研究进展

网络 来源:无机材料学报2011-08-01 我要评论(0 )   

由于激光器发出的激光波长是有限的,拓展激光波长是激光研究的重要研究内容.目前拓展激光波长的手段有: (1)通过非线性晶体的频率变换,实现激光波长的变换,包括倍频...

 

       由于激光器发出的激光波长是有限的,拓展激光波长是激光研究的重要研究内容.目前拓展激光波长的手段有: (1)通过非线性晶体的频率变换,实现激光波长的变换,包括倍频、和频、光参量振荡及放大等. (2)通过拉曼材料的受激拉曼散射(stimulated Raman scattering,SRS).受激拉曼散射与非线性光学材料相比具有显著的特点:主要表现在:(a)SRS是三阶非线性光学效应,因此对晶体的对称性没有要求,可选择范围很宽,甚至可以是对称性高结构简单的材料,而倍频晶体必须在非中心对称的21个晶类中选择;(b)SRS相应的晶体生长较为容易,便于获得大尺寸、高质量单晶;(c)SRS的器件设计要求低,一般沿主轴加工即可.同一拉曼晶体,不需任何调整,只要改变泵浦光波长,就会有不同波长的拉曼激光产生,因此频率调节灵活,器件适用性强,有利于发展高效可调谐相干光源.而倍频晶体器件的设计则较为简单,它以位相匹配理论为基础,首先必须对晶体的折射率进行精确测量,而后要根据特定波长的倍频计算切割角(一般不在主轴方向上),所加工成的倍频器件仅对此波长有效,基频波长、通光方向或光发散度的少许变化都会引起转换效率的迅速降低,因而适用性差.

      受激拉曼散射的特性与激光一些主要特性完全相同,主要包括:

     (1)阈值性.当入射激光束的光强或功率密度超过一定值以后,受激拉曼散射才能产生,这是受激辐射的特有性质,与任何光强下均能发生的普通拉曼散射不同.

     (2)方向性好.当入射激光束的光强或功率密度达到阈值以后,拉曼介质散射光束的空间发散角显著变小,可达到与入射激光发散角相接近的程度(1级斯托克斯辐射的发散角约为10一20).且受激拉曼散射主要发生在前向和后向,而普通拉曼散射光强度的方向性并不明显.

     (3)强度高.受激拉曼散射的光强或功率,可以达到与入射激光的光强或功率相比拟的程度,有时转换效率可高达85%以上,而普通拉曼散射的强度仅为激发线强度的千分之一,万分之一,甚至十万分之一;受激拉曼散射光强与入射激光光强之间呈线性变化的关系.

      (4)高单色性.当入射泵浦光强超过激励阈值之后,受激拉曼散射的谱线宽度明显变窄,可与激发激光谱线宽度相当,甚至更窄.当入射光为单模运转时,锐度更显著.而普通拉曼散射谱线不具备此特点,基本上是漫线.

      (5)脉宽压缩.受激拉曼散射脉冲的时间变化特性与入射泵浦脉冲的时间变化特性相似。

       早期研究的拉曼增益介质有气体(如H2,N2,D2,CH4等)和液体(如硝基苯、苯、甲苯、cs2等).近年人们又在固体拉曼介质上进行了许多研究工作(主要包括光纤和晶体),光纤的最大优势是可在较长的作用距离内保持高泵浦强度,目前激光二极管(LD)泵浦的光纤拉曼激光器已在近红外远程通信方面获得应用.拉曼晶体是最近拉曼激光研究的热点,其主要优点包括:热力学性能好、振动模的线宽窄、硬度高、化学性质稳定,特别是高密度的拉曼活性基团提高了拉曼散射截面,从而导致更低的阈值,更高的拉曼增益和更高的拉曼转换效率.

       按照拉曼晶体与激光谐振腔的相对位置,可大致将固体拉曼激光分为两类,一类是拉曼晶体在激光谐振腔外的拉曼频移器,研究结果表明:BaW04晶体是性能优良的拉曼介质,在ns和ps激光器中,都表现出良好的性质.另一类是拉曼晶体在激光谐振腔内的拉曼激光器.目前拉曼激光器(尤其是激光二极管泵浦的拉曼激光器)的输出功率还比较低.近年拉曼激光研究又呈现新的趋势:一、拉曼激光输出向中红外波段拓展,例如使用BaW04晶体作为拉曼频移器,得到了毫焦的2.75和3.7/zm波长的红外激光输出。二、实现连续拉曼激光输出,例如使用Nd:GdV04晶体,实现了连续的自拉曼激光1173nm和586.5nm的黄光输出.拉曼激光器的输出功率(尤其是激光二极管泵浦的激光器)近些年逐步升高,显示出良好的应用前景.

 

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