连续波1.5微米人眼安全拉曼激光器理论及实验研究

l.5微米波段的激光位于人眼安全波段，且处于大气传输窗口，因此该波段激光在军事和民用领域都有广阔的应用前景。利用受激拉曼散射可以实现激光频率的高效转换，本项目拟采用受激拉曼散射(SRS)的方式实现1.5微米激光的连续输出。连续波受激拉曼激光器的实现要求激光腔内高的基频光功率密度，这对激光器谐振腔镜对基频光及拉曼光的耦合率及激光谐振腔型的设计提出很高的要求。理论上，建立描述内腔式连续波受激拉曼激光器的运转模型，揭示连续波受激拉曼激光器输出功率与谐振腔耦合镜透过率及腔内光束尺寸的对应关系，为该类激光器优化设计提供规律性依据。实验上，采用LD端面泵浦方式，实现结构紧凑、高转换效率的全固态连续波1.5微米人眼安全拉曼激光器。该项目实现1.5微米激光连续输出所采用的方法与现有方法相比具有结构简单、转换效率高、光束质量好等优点。

l.5微米波段的激光位于人眼安全波段，且处于大气传输窗口，因此该波段的激光在激光测距、激光雷达、激光遥感、光通信等领域有广泛的应用前景。产生1.5微米波段激光的方式有多种，如掺Er激光介质能级直接跃迁以及光学参量振荡OPO等。本项目创新性的采用受激拉曼散射（SRS）方式产生连续波1.5微米激光输出，该设计方案具有激光器结构简单、稳定性好、输出光束质量高等优点。由于连续拉曼激光器要求基频光在腔内有非常高的功率密度，激光谐振腔腔镜对基频光和拉曼光的透过率的设计是实现拉曼激光器连续运转的关键因素。为此，我们在考虑固体拉曼介质热效应基础上，建立了描述连续波拉曼激光器运转的速率方程理论，并理论推导了连续波拉曼激光输出功率与激光谐振腔腔镜对基频光和拉曼光透过率的对应关系。在理论研究基础上，本课题采用离子束溅射镀膜（IBS）技术，保证了激光谐振腔镜片的镀膜质量、硬度、光滑度更好并确保在高反射率要求下镜片有足够高的损伤阈值。实验上，以1.3微米激光作为基频光，成功实现了激光晶体、拉曼晶体分离式及自拉曼两种结构的1.5微米连续波激光运转。另外，我们探讨了基于Nd:YAG晶体能级直接跃迁产生人眼安全波段激光输出的可能性，并在实验上成功实现了Nd:YAG晶体在1.44微米波长的高效率、高功率激光输出。