下载文档原格式
第一章作业（激光技术--蓝信鉅，66页）答案2．在电光调制器中，为了得到线性调制，在调制器中插入一个1／4波片，（1）它的轴向应如何设置为佳? （2）若旋转1／4波片，它所提供的直流偏置有何变化?答：（1）. 其快、慢轴与晶体主轴x 轴成450角（即快、慢轴分别与x‟、y‟轴平行）。
此时，它所提供的直流偏置相当于在电光晶体上附加了一个V 1/4的固定偏压(E x‟和E y‟的附加位相差为900)；使得调制器在透过率T=50%的工作点上。
（2）. 若旋转1／4波片，会导致E x‟和E y‟的附加位相差不再是900；因而它所提供的直流偏置也不再是V 1/4。
当然调制器的工作点也偏离了透过率T=50%的位置。
3.为了降低电光调制器的半波电压，采用4块z 切割的KDP 晶体连接(光路串联、电路并联)成纵向串联式结构。
试问：(1)为了使4块晶体的电光效应逐块叠加，各晶体的x 和y 轴取向应如何? (2) 若λ=0.628μm ，n 。
＝1.51，γ63＝23.6×10—12m ／V ，计算其半波电压，并与单块晶体调制器比较之。
解：(1) 为了使晶体对入射的偏振光的两个分量的相位延迟皆有相同的符号，则把晶体x 和y 轴逐块旋转90安置，z 轴方向一致（如下图），(2).四块晶体叠加后，每块晶体的电压为： v 966106.2351.1210628.0412n 41V 41V 123-663302'2=⨯⨯⨯⨯⨯=⨯==-γλλλ而单块晶体得半波电压为：v 3864106.2351.1210628.02n V 123-663302=⨯⨯⨯⨯==-γλλ与前者相差4倍。
4．试设计一种实验装置，如何检验出入射光的偏振态(线偏光、椭圆偏光和自然光)，并指出是根据什么现象? 如果一个纵向电光调制器没有起偏器，入射的自然光能否得到光强调制?为什么？ 解：（1）实验装置：偏振片和白色屏幕。
a. 在光路上放置偏振片和白色屏幕，转动偏振片一周，假如有两次消光现象，则为线偏振光。
第52卷第3期2023年3月人㊀工㊀晶㊀体㊀学㊀报JOURNAL OF SYNTHETIC CRYSTALSVol.52㊀No.3March,2023LBO晶体对长腔NdʒGYAP激光器~1μm波段激光性能优化研究陈邱笛1,2,3,郑为比1,2,3,张沛雄1,2,3,李㊀真1,2,3,陈振强1,2,3(1.广东省晶体与激光技术工程研究中心,广州㊀510632;2.广东省光纤传感与通信重点实验室,广州㊀510632;3.暨南大学光电工程系,广州㊀510632)摘要:本文研究了一种在激光谐振腔内额外加入晶体以优化谐振腔稳定性的方式,通过在谐振腔内加入折射率合适的晶体有效提高了激光输出性能㊂本工作搭建了一台Nd3+ʒGd0.1Y0.9AlO3(NdʒGYAP)晶体激光器,并在激光谐振腔内置入LBO晶体,研究对比了LBO对b切和c切晶体激光性能的影响,以及有无LBO时的激光器性能,包括输出功率㊁激光波长㊁光束质量和偏振特性㊂结果表明,当在激光谐振腔内置入LBO后,光谱和光束质量基本没有发生变化, b切NdʒGYAP激光器的斜率效率从18.9%提高到24.3%,c切NdʒGYAP激光器的斜率效率从2.87%提高到10.07%, b切晶体的最大输出功率从0.931W增加到1.254W,c切晶体的输出功率从63mW增加到134mW㊂置入LBO后,输出激光的偏振由于旋光现象也会在一定程度上发生偏转㊂因此,在一些必须延长腔长的情况下,如调谐和锁模操作中,该工作为其提供了一种提高激光器斜率效率和输出功率的方法㊂关键词:LBO;NdʒGYAP;~1μm激光;输出功率;激光光谱;光束质量;偏振特性中图分类号:O73;TN248㊀㊀文献标志码:A㊀㊀文章编号:1000-985X(2023)03-0405-09 Optimization of~1μm Band Laser Performance of Long CavityNdʒGYAP Laser with LBO CrystalCHEN Qiudi1,2,3,ZHENG Weibi1,2,3,ZHANG Peixiong1,2,3,LI Zhen1,2,3,CHEN Zhenqiang1,2,3(1.Guangdong Provincial Engineering Research Center of Crystal and Laser Technology,Guangzhou510632,China;2.Guangdong Provincial Key Laboratory of Optical Fiber Sensing and Communications,Guangzhou510632,China;3.Department of Optoelectronic Engineering,Jinan University,Guangzhou510632,China)Abstract:A method of optimizing the stability of the resonant cavity by adding an additional crystal into the laser resonant cavity is studied for the first time.The laser performance can be effectively improved by adding crystals with appropriate refractive index into the resonant cavity.In this study,a Nd3+ʒGd0.1Y0.9AlO3(NdʒGYAP)crystal laser device was built,and LBO crystal were added into the resonant cavity.The effects of LBO crystal on the laser properties of b-cut and c-cut crystals were compared respectively.The laser performance with and without LBO crystal was characterized in terms of output power, laser wavelength,beam quality and polarization characteristics.When LBO crystal is inserted into the laser resonant cavity, the slope efficiency of b-cut NdʒGYAP increases from18.9%to24.3%,and that of c-cut NdʒGYAP increases from2.87%to 10.07%without changing the spectrum and beam quality.The maximum output power of b-cut crystal increases from0.931W to1.254W,and that of c-cut crystal increases from63mW to134mW.However,the polarization of the output laser deflects to some extent due to the optical rotation effect.This research provides a way to improve the slope efficiency and output power of lasers in the cases of the cavity length must be extended such as tuning and mode-locking operations.Key words:LBO;NdʒGYAP;~1μm laser;output power;laser spectrum;beam quality;polarization characteristic㊀㊀收稿日期:2022-12-29㊀㊀基金项目:国家自然科学基金(51972149,51872307,61935010);广东省重点领域研发计划(2020B090922006);中央高校基本科研业务费专项资金(21620445)㊀㊀作者简介:陈邱笛(2001 ),男,江苏省人,硕士研究生㊂E-mail:Cqd596918045@㊀㊀通信作者:张沛雄,博士,教授㊂E-mail:pxzhang@406㊀研究论文人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第52卷0㊀引㊀㊀言基于Nd3+的~1μm波段激光器是一种常见的近红外激光源,在医疗㊁军事㊁工业㊁科学和其他领域具有非常广泛的应用[1-6]㊂同时,该波段的激光器通常用作基频激光器,用于倍频到可见激光波段[7-9]㊂近年来为了获得更高质量的~1μm波段激光,除了各种新型高质量Nd3+掺杂晶体蓬勃发展外,研究人员构建激光器时尝试通过各种方法提高激光输出性能[10-11]㊂Nd3+ʒGd0.1Y0.9AlO3(NdʒGYAP)是一种高质量的激光晶体,可以产生波长约1.08μm的激光[12]㊂在NdʒGYAP晶体中,由于Gd3+和Y3+的共掺杂,晶体的吸收和发射光谱可以有效拓宽,因此它有巨大的潜力应用于调谐和锁模操作[13-15]㊂在现有的研究中,Zhou等[16]在NdʒGYAP晶体上实现了超过8W的连续激光(CW)输出,中心波长为1078.38nm㊂Wang等[17-18]也已经使用该晶体实现了调Q操作㊂这些结果表明NdʒGYAP是一种优良的1μm波段激光晶体㊂同时,NdʒGYAP晶体的光谱被有效拓宽,使其具有了成为调谐和锁模操作增益介质的巨大潜力[19]㊂在调谐和锁模操作中,为了使输出的激光具有更宽的激光发射以获得更宽的调谐范围或更多模式的锁定,常通过增加腔长的方式以获得更多的纵模,但这也将导致激光谐振腔的稳定性下降[20-22]㊂以往研究者常采用搭建折叠腔的方式来解决这一问题[23-24],但折叠腔设计与搭建的困难程度和复杂性一直是不容忽视的问题㊂本工作通过研究一种在激光谐振腔内额外加入晶体的方式以优化谐振腔的稳定性㊂由于晶体材料显著优于玻璃材料的机械和热力学性能,选用晶体材料可以很大程度上减少热透镜效应的影响,更好地实现对激光器性能的提升㊂根据仿真软件中对NdʒGYAP晶体激光器的设计与优化,本工作选用了一种折射率合适的晶体放入激光谐振腔内,实现了对激光器稳定性的优化㊂这一工作有希望被应用于调谐和锁模激光器中,从一定程度上减少折叠腔的复杂程度,实现更简单高效的锁模和调谐激光器设计目标㊂LiB3O5(LBO)是一种常见的倍频晶体,通过其二次非线性效应,通常用于对长波长激光进行倍频并输出短波激光[25-27],特别是常被用于~1μm波段激光器中,以产生约532nm的绿色激光[28-30]㊂对于这一问题,许多研究人员已经进行了非常深入的研究㊂然而,LBO对1μm波段激光器本身的影响通常被忽略,很少有研究人员探讨这个问题㊂本工作着重研究了LBO对1μm波段的NdʒGYAP晶体激光器的影响,从数据仿真和实验两方面都发现将LBO晶体置于激光器内可以有效实现长腔情况下激光性能的优化,并获得更高的激光输出功率与效率㊂在本工作中,NdʒGYAP被用作激光介质,并产生1080nm的激光输出㊂本文研究了b切和c切晶体的激光输出特性,并比较了长腔情况下LBO对激光输出性能的影响㊂研究发现,无论是b切还是c切NdʒGYAP激光器,在激光谐振腔中添加LBO晶体都可以有效提高激光输出效率,并且几乎不会对光谱和光束质量造成影响㊂该研究为长腔情况下的激光器性能优化提供了思路㊂在调谐和锁模操作等必须延长激光谐振腔长度的情况下,在腔内添加一块折射率合适的晶体可以有效提高激光器的斜率效率和输出功率㊂1㊀实㊀㊀验在本工作中,建立了放置有LBO的直腔NdʒGYAP激光器,以研究LBO晶体对~1μm波段激光器的影响㊂该器件使用发射波长为808nm㊁纤芯直径为400μm㊁数值孔径(N.A.)为0.22的连续波(CW)光纤耦合激光二极管(LD)作为泵浦源㊂泵浦光束通过1ʒ1耦合透镜聚焦在NdʒGYAP晶体端面,以激发~1μm激光㊂输入镜M1曲率半径为200mm,在808nm处是高度透明(HT,反射率<0.2%)的,在1080nm处是高反射(HR,反射率>99.8%)的㊂NdʒGYAP晶体作为增益介质,分别沿b轴和c轴加工成4mmˑ4mmˑ5mm的尺寸㊂然后放置一块尺寸为3mmˑ3mmˑ20mm的LBO晶体(θ=90ʎ,Φ=0ʎ)㊂NdʒGYAP和LBO晶体均包裹在铟箔中,并放置在通有18ħ冷却水的铜块中㊂输出镜M2曲率半径为200mm,对1080nm有部分透射率(T=95%)㊂M1和M2一起形成激光谐振器,整个装置应尽可能紧凑,激光谐振腔长度约为50mm㊂1000nm滤波器被放置在装置的末端,以阻挡泵浦光和非线性效应产生的倍频激光㊂整个装置如图1所示㊂㊀第3期陈邱笛等:LBO 晶体对长腔NdʒGYAP 激光器~1μm 波段激光性能优化研究407㊀图1㊀腔内放置有LBO 的NdʒGYAP 激光装置图Fig.1㊀Device diagram of the NdʒGYAP laser with LBO in the cavity 2㊀结果与讨论2.1㊀短腔NdʒGYAP 激光器的特性为了更好地进行比较,在不置入LBO 晶体时,本文记录了短腔NdʒGYAP 激光器的激光特性㊂当没有放置LBO 晶体并且M2尽可能靠近晶体时,分别在b 切和c 切NdʒGYAP 晶体上实现了~1μm 波段激光输出㊂此时,激光谐振腔长度(L )约为20mm㊂如图2(a)所示,当短腔时,b 切NdʒGYAP 激光器的输出功率与吸收泵功率呈现线性关系,斜率效率(η)为53.08%,具有约0.31W 的较低阈值㊂由于本实验中泵浦源的限制,本文仅获得了3.49W 的激光输出,但此时它仍然具有良好的线性增长关系㊂有理由相信,随着泵浦功率的不断增加,有望实现更高的激光输出功率㊂图2(b)显示了利用光谱分析仪(YOKOGAWA,AQ6374)测量的b 切NdʒGYAP 的~1μm 激光发射光谱㊂激光光谱的中心波长为1079.38nm,同时在1072.41nm 处也存在有一个峰㊂图2㊀短腔时b 切NdʒGYAP 激光器输出特性Fig.2㊀Output characteristics of the b -cut NdʒGYAP laser with short cavity 如图3(a)和图3(b)所示,以相同的方式研究了短腔时c 切Nd ʒGYAP 晶体的激光输出特性㊂c 切NdʒGYAP 晶体激光器的输出阈值为1.11W,斜率效率为19.97%㊂与b 切晶体相同,由于泵浦源的限制,本文获得了1.132W 的最大输出功率,但随着泵浦功率的不断增加,输出功率将仍能够增加㊂通过对光谱的分析,可以发现短腔时c 切NdʒGYAP 晶体可以发射三种波长的激光㊂三个发射峰分别位于1064.67㊁1072.74和1079.38nm,位于1079.38nm 处的发射峰最强㊂三波长输出主要是由于GYAP 作为一种无序激光晶体,其荧光发射峰获得了有效展宽[10]㊂由于NdʒGYAP 晶体具有较好质量,b 切和c 切晶体都可以在短腔中获得良好的激光输出特性㊂2.2㊀LBO 对激光输出效率的影响为了更好地进行比较,本工作分别研究了在插入LBO 晶体和不插入LBO 晶体时对应长腔NdʒGYAP 激光器的激光特性㊂此时,激光谐振腔长度都约为50mm㊂在实验中,当不放置LBO 晶体时,实验结果如图4(a)所示,b 切NdʒGYAP 晶体的激光输出具有0.31W408㊀研究论文人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第52卷的阈值和18.9%的斜率效率,可以获得0.931W 的最大输出功率㊂达到最大输出功率后,由于热效应,输出功率将开始降低㊂同时,还可以注意到,当吸收泵功率达到3.232W 时,输出功率的斜率效率已经开始显著降低,功率增长开始放缓㊂而当置入LBO 晶体时,阈值仍为0.31W,但最终可以获得24.3%的斜率效率,远高于不置入LBO 晶体时的18.9%,同时最大输出功率也达到1.254W㊂图3㊀短腔时c 切NdʒGYAP 激光器输出特性Fig.3㊀Output characteristics of the c -cut NdʒGYAP laser with short cavity LBO 对激光效率的改善在c 切晶体中更为明显,如图4(b)所示㊂如果没有LBO 晶体,c 切NdʒGYAP 晶体只有2.87%的斜率效率,最大输出功率只能达到63mW㊂当吸收泵功率增加时,输出功率甚至具有一个先减小后增大的过程㊂然而,当置入LBO 时,输出功率随着泵功率的增加而线性增加,此时可以获得10.7%的斜率效率,是没有置入LBO 时的4倍㊂加入LBO 后还可以获得134mW 的最大输出功率,是没有置入LBO 时的2倍㊂通过添加一块LBO 晶体,c 切NdʒGYAP 晶体的激光输出特性大幅提高㊂图4㊀有无LBO 时NdʒGYAP 激光器的输出功率Fig.4㊀Output power of the NdʒGYAP laser with and without LBO 总体来说,在图1所示的装置中,通过比较有无LBO 时的b 切和c 切NdʒGYAP 晶体的输出特性可以发现,在长腔的情况下,LBO 可以有效改善晶体的激光输出特性㊂为了探究LBO 在激光器中起到的作用,本工作通过Resonator 软件对搭建的激光谐振腔进行了仿真,根据图1中的实验参数在软件中搭建了激光系统,并分析了其稳定性㊂图5展示了激光器稳定性与LBO 位置处的晶体折射率以及LBO 晶体长度之间的关系㊂如图5(a)所示,当折射率为1时表示与未放置晶体时的长腔情况一致㊂可以发现,整个激光谐振腔都在稳定范围内,故无论是否放置LBO 都能实现激光输出㊂但当晶体折射率约为1.565时,该激光腔谐振的稳定参数为0,即最稳定状态,这一折射率与LBO 的折射率(1.526)能够很好吻合㊂这一仿真结果解释了上述LBO 晶体对于激光输出效率提高的原因㊂为了进一步研究LBO 晶体部分折射率的改变对激光器稳定性的影响,本工作改变LBO 晶体长度和LBO 位置两个影响参数,根据仿真结果绘制了稳定参数0等值线,如图5(b)所示㊂图中横坐标表示LBO 晶㊀第3期陈邱笛等:LBO 晶体对长腔NdʒGYAP 激光器~1μm 波段激光性能优化研究409㊀体长度,纵坐标表示LBO 晶体到NdʒGYAP 晶体之间的距离,即LBO 的位置,当两参数的值对应的坐标落在图中直线上时,即说明稳定性最佳㊂由仿真结果可以表明,当NdʒGYAP 晶体到输出镜的距离超过14.8mm 时,在腔内加入一块LBO 晶体可以使激光谐振腔保持在最稳定的状态,LBO 晶体的长度和位置应当满足图5(b)中等值线经过的坐标㊂因此本工作考虑到实验装置之间固有的距离,在尽可能使装置各部分紧凑的情况下,选择了长度为20mm 的LBO 晶体㊂这一结果为晶体尺寸的选择提供了指导㊂图5㊀谐振腔稳定性仿真Fig.5㊀Stability simulation of resonant cavity 2.3㊀有无LBO 时光谱与光束质量的比较为了进一步探讨LBO 对激光特性的影响,使用光谱分析仪(YOKOGAWA,AQ6374)和激光光束分析仪(Spiricon,Inc.M 2-200s)分析了有无LBO 时b 切和c 切NdʒGYAP 激光器的光谱和光束质量㊂如图6所示,当腔长为50mm 时,b 切NdʒGYAP 激光器具有两个与短腔时一样的发射峰,主发射峰位于1079.21nm,另一个发射峰位于1073.80nm㊂加入LBO 后,发射峰位置几乎没有变化,主发射峰位于1079.00nm,另一个峰值在1072.44nm㊂如图7所示,当c 切晶体激光器的腔长为50mm 时,由于模式竞争,只在1079.67nm 处有一个发射峰㊂加入LBO 后,发射峰几乎没有移动,位于1079.10nm㊂这些结果表明,LBO 晶体可以在不影响其发射光谱的情况下提高激光输出效率㊂图6㊀b 切NdʒGYAP 激光器的激光光谱Fig.6㊀Laser spectra of the b -cut NdʒGYAP laser 图8和图9分别显示了有无LBO 时b 切和c 切NdʒGYAP 晶体激光器的光束质量㊂图示为获取的高斯光束束腰位置图像㊂可以发现,当没有放置LBO 时,b 切晶体的M 2x 为2.105,M 2y 为1.859;放置有LBO 时,M 2x和M 2y 分别为2.125和1.708㊂不放置LBO 的c 切晶体的M 2x 和M 2y 分别为20.210和16.282,而放置LBO 时的M 2x 和M 2y 则分别为18.613和15.674㊂可以看出,LBO 略微提高了输出激光器的光束质量,但总体上没有显著影响㊂410㊀研究论文人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第52卷图7㊀c 切NdʒGYAP 激光器的激光光谱Fig.7㊀Laser spectra of the c -cut NdʒGYAPlaser 图8㊀b 切NdʒGYAP 激光器的光束质量和2D 光束模式Fig.8㊀Beam quality and 2D beam pattern of the b -cut NdʒGYAPlaser 图9㊀c 切NdʒGYAP 激光器的光束质量和2D 光束模式Fig.9㊀Beam quality and 2D beam pattern of the c -cut NdʒGYAP laser 2.4㊀LBO 对激光偏振特性的影响激光的偏振特性可以通过格兰㊃泰勒棱镜进行测量㊂使输出激光通过格兰㊃泰勒棱镜㊁旋转棱镜并记录发射的激光功率,最大功率的方向即为激光的偏振方向㊂本工作进一步研究了有无LBO 时的b 切和c 切NdʒGYAP 激光器输出的偏振特性㊂b 切晶体在没有LBO 的情况下具有良好的线性偏振特性㊂如图10(a)所示,可以发现输出激光的偏振方向约为45ʎ㊂当在激光谐振腔中置入LBO 时,偏振方向将发生一定的偏转,输出激光偏振方向变为135ʎ,如图10(b)所示㊂此外,偏振的线性度也在一定程度上降低㊂对于c 切晶体,偏振也具有类似的特性,如㊀第3期陈邱笛等:LBO 晶体对长腔NdʒGYAP 激光器~1μm 波段激光性能优化研究411㊀图11所示,如果没有LBO,c 切晶体的偏振方向约为165ʎ㊂然而,当加入LBO 时将发生约为30ʎ的偏转,偏振方向变为195ʎ,其偏振的线性度也有所下降㊂这一结果的产生是由于LBO 是一种双折射晶体,当激光器产生的偏振光经过LBO 晶体时,发生了旋光现象㊂偏振光延LBO 晶体光轴方向传播时,将分解成左旋和右旋两支圆偏振光,两者相速度不同,分别对应双折射晶体两个不同的折射率㊂当激光最终穿过LBO 晶体输出时,相速度较快的一支圆偏振光比相速度较慢的一支相位超前,它们重新合成时,宏观表现为偏振方向转过了一个角度[31]㊂同时由于入射光也并非严格的线偏振光,经过这一过程后,其线性度发生了一定的下降㊂总体来说,由于激光偏振方向受到激光介质和LBO 晶体的影响,在添加LBO 之后,输出激光器的偏振方向可能发生一定的偏转㊂同时,偏振的线性度将有一定程度的下降㊂图10㊀b 切NdʒGYAP 激光器的偏振特性Fig.10㊀Polarization characteristics of the b -cut NdʒGYAPlaser 图11㊀c 切NdʒGYAP 激光器的偏振特性Fig.11㊀Polarization characteristics of the c -cut NdʒGYAP laser 3㊀结㊀㊀论综上所述,本文研究了在激光谐振腔内额外加入晶体以优化谐振腔稳定性的方式㊂通过数据仿真选择了一种折射率合适的LBO 晶体,并采用b 切和c 切NdʒGYAP 晶体作为激光介质,比较了LBO 对激光输出的影响㊂结果表明,激光谐振腔中的LBO 晶体可以提高激光输出的斜率效率,获得更高的输出功率,且对光谱和光束质量几乎不产生影响㊂加入LBO 后,b 切NdʒGYAP 激光器的斜率效率从18.9%提高到24.3%,最大输出功率从0.931W 提高到1.254W㊂c 切NdʒGYAP 的斜率效率从2.87%提高到10.07%,最大输出功率从63mW 提高到134mW㊂另外,加入LBO 后,激光输出的偏振方向由于旋光现象将会发生一定的偏转㊂本研究提供了一种提高长腔激光器的斜率效率和输出功率的方法,这将在某些如调谐和锁模操作等必须拉长激光谐振腔的情况下获得更好的激光输出㊂412㊀研究论文人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第52卷参考文献[1]㊀KE D X,VU A A,BANDYOPADHYAY A,et positionally graded doped hydroxyapatite coating on titanium using laser and plasma spraydeposition for bone implants[J].Acta Biomaterialia,2019,84:414-423.[2]㊀JACKSON S D.Towards high-power mid-infrared emission from a fibre laser[J].Nature Photonics,2012,6(7):423-431.[3]㊀JI Q,ZONG S G,YANG J B.Application and development trend of laser technology in military field[C]//Proc SPIE11606,ICOSM2020:Optoelectronic Science and Materials,2020,11606:32-40.[4]㊀RAVI-KUMAR S,LIES B,ZHANG X,et ser ablation of polymers:a review[J].Polymer International,2019,68(8):1391-1401.[5]㊀LE H T T,TRUONG VAN C,NGUYEN THI M,et al.Our experience using1064nm NdʒYAG in palmoplantar warts[J].Journal of Cosmeticand Laser Therapy:Official Publication of the European Society for Laser Dermatology,2022,24(1/2/3/4/5):28-32.[6]㊀张继魁,时家明,苗㊀雷,等.近中红外与1.06μm和1.54μm激光兼容隐身光子晶体研究[J].发光学报,2016,37(9):1130-1134.ZHANG J K,SHI J M,MIAO L,et al.Research on compatible stealth photonic crystal against near/middle infrared and1.06μm and1.54μm lasers[J].Chinese Journal of Luminescence,2016,37(9):1130-1134(in Chinese).[7]㊀CHEN Y F,PAN Y Y,LIU Y C,et al.Efficient high-power continuous-wave lasers at green-lime-yellow wavelengths by using a NdʒYVO4self-Raman crystal[J].Optics Express,2019,27(3):2029-2035.[8]㊀WU D C,JONES I T,BOEN M,et al.A randomized,split-face,double-blind comparison trial between fractionated frequency-doubled1064/532nm picosecond NdʒYAG laser and fractionated1927nm thulium fiber laser for facial photorejuvenation[J].Lasers in Surgery and Medicine, 2021,53(2):204-211.[9]㊀崔建丰,李福玖,邬小娇,等.高能量高转换效率355nm紫外激光器[J].发光学报,2018,39(12):1730-1734.CUI J F,LI F J,WU X J,et al.High energy and high conversion efficiency355nm UV laser[J].Chinese Journal of Luminescence,2018,39(12):1730-1734(in Chinese).[10]㊀JU M,XIAO Y,SUN W G,et al.In-depth determination of the microstructure and energy transition mechanism for Nd3+-doped yttrium oxidelaser crystals[J].The Journal of Physical Chemistry C,2020,124(3):2113-2119.[11]㊀YI G Q,LI W W,SONG J H,et al.Structural,spectroscopic and thermal properties of hot-pressed Ndʒ(Ca0.94Gd0.06)F2.06transparent ceramics[J].Journal of the European Ceramic Society,2018,38(9):3240-3245.[12]㊀LI D,LIU Q,ZHANG P X,et al.Crystal growth,optical properties and laser performance of new mixed Nd3+doped Gd0.1Y0.9AlO3crystal[J].Journal of Alloys and Compounds,2019,789:664-669.[13]㊀JING W,LOIKO P,BASYROVA L,et al.Spectroscopy and laser operation of highly-doped10at.%Ybʒ(Lu,Sc)2O3ceramics[J].OpticalMaterials,2021,117:111128.[14]㊀ZHANG N,WANG Z X,LIU S D,et al.Watt-level femtosecond Tm-doped mixed sesquioxide ceramic laser in-band pumped by a Ramanfiber laser at1627nm[J].Optics Express,2022,30(13):23978-23985.[15]㊀石自彬,方㊀新,于永贵,等.无序NdʒCNGG晶体的生长及激光性能研究[J].人工晶体学报,2008,37(2):360-362+359.SHI Z B,FANG X,YU Y G,et al.Growth and laser property of a disordered NdʒCNGG crystal[J].Journal of Synthetic Crystals,2008,37(2):360-362+359(in Chinese).[16]㊀ZHOU H Q,ZHU S Q,LI Z,et al.Investigation on1.0and1.3μm laser performance of Nd3+ʒGYAP crystal[J].Optics&Laser Technology,2019,119:105601.[17]㊀WANG Y H,CHEN Q D,ZHANG P X,et al.Fabrication of Sb2O3by an improved chemical reaction assisted vertical micro sublimation methodand its saturable absorber performance[J].Optical Materials Express,2022,12(4):1337-1346.[18]㊀HONG H,CHEN Q D,WANG Y H,et al.An effective2D saturable absorber In2O3to realize passively Q-switched laser output[J].Optics&Laser Technology,2022,155:108375.[19]㊀于浩海,潘忠奔,张怀金,等.无序激光晶体及其超快激光研究进展[J].人工晶体学报,2021,50(4):648-668+583.YU H H,PAN Z B,ZHANG H J,et al.Development of disordered laser crystals and their ultrafast lasers[J].Journal of Synthetic Crystals, 2021,50(4):648-668+583(in Chinese).[20]㊀ARKHIPOV M V,ARKHIPOV R M,SHIMKO A A,et al.Mode locking in a Ti:sapphire laser by means of a coherent absorber[J].JETPLetters,2019,109(10):634-637.[21]㊀STEHLÍK M,ŠULC J,BOHÁC㊅EK P,et al.Wavelength tunability of laser based on Yb-doped GGAG crystal[J].Laser Physics,2018,28(10):105802.[22]㊀YAN R P,LIU Y,LI X D,et al.Harmonic mode locking underneath the Q-switched envelope in passively Q-switched mode-locked NdʒGdTaO41066nm laser[J].Infrared Physics&Technology,2020,111:103553.[23]㊀LING W J,XIA T,DONG Z,et al.Passively mode-locked Tm,HoʒLLF laser at1895nm[J].Journal of Optics,2019,48(2):209-213.[24]㊀王希军.56MHz重复频率端泵SESAM连续波锁模NdʒYVO4激光器[J].发光学报,2012,33(12):1342-1346.WANG X J.56MHz end pumping NdʒYVO4SESAM CW mode-locked lasers[J].Chinese Journal of Luminescence,2012,33(12):1342-1346㊀第3期陈邱笛等:LBO晶体对长腔NdʒGYAP激光器~1μm波段激光性能优化研究413㊀(in Chinese).[25]㊀MAO T W,DUAN Y M,CHEN S M,et al.Yellow and orange light selectable output generated by NdʒYAP/YVO4/LBO Raman laser[J].IEEEPhotonics Technology Letters,2019,31(13):1112-1115.[26]㊀FERREIRA M S,WETTER N U.Diode-side-pumped,intracavity NdʒYLF/KGW/LBO Raman laser at573nm for retinal photocoagulation[J].Optics Letters,2021,46(3):508-511.[27]㊀薛建华,任清华,王爱坤.LBO晶体Ⅱ类相位匹配走离角及互作用长度的计算[J].人工晶体学报,2009,38(6):1463-1466+1471.XUE J H,REN Q H,WANG A K.Calculation of typeⅡphase-matching walk-off angle and interaction length of LBO crystals[J].Journal of Synthetic Crystals,2009,38(6):1463-1466+1471(in Chinese).[28]㊀SHILOVA G V,SIROTKIN A A,ZVEREV P G.Diode pumped Nd3ʒYVO4laser with intracavity SHG in LBO and SRS in Ba(NO3)2[C]//2018International Conference Laser Optics(ICLO).June4-8,2018,St.Petersburg,Russia.IEEE,2018:37.[29]㊀GAO Y H,LI Y J,FENG J X,et al.Low noise continuous-wave single-frequency dual-wavelength laser operating at532nm and1.06μm[J].Chinese Journal of Lasers,2019,46(4):0401005.[30]㊀ZOU J Y,ZHOU L B,ZHENG W X,et al.An in-band diode-end-pumped high-power and high-efficiency ultrashort pulse NdʒYVO4bulk lasermode-locked by a frequency doubling LBO crystal[J].Infrared Physics&Technology,2021,116:103759.[31]㊀刘㊀娟,谢㊀茹.旋光现象借助MATLAB的图形呈现[J].电子测试,2013(5):220-221.LIU J,XIE R.The MATLAB sketch description of the rotate light phenomenon[J].Electronic Test,2013(5):220-221(in Chinese).。
1.激光对潜通信的作用及前景一．潜艇通信概述潜艇主要工作于水下30~400m，带有核弹头的导弹核潜艇可在海水300~400m深度活动几个月因此，发展核潜艇具有极重要的战略意义。
而潜艇航行深度及航速的快速发展．给通信带来巨大困难。
随着通信技术的发展，干扰机在定位、识别等领域取得了重大突破。
对潜艇来说，隐蔽性就是生命。
如采用传统的超短波无线电对潜通信，潜艇应浮至近水面伸出天线对外收发电文、极易暴露目标。
图1示出了无线电渡、红外、可见光和紫外、x射线在海水中的衰减曲线。
从图看出，频率低于1×103Hz的无线电超长波在海水中的衰减值小于ldB／m；频率约6×1014Hz的0．48mμ蓝绿激光波长在海水中的衰减值小于1×10-2。
dB／m。
困此，岸对潜通信具有两个“窗口”，即超长波无线电通信窗El和0．48v．m的蓝绿激光波长窗口两者相比，0．48v．m的蓝绿激光波长为对潜通信的最佳窗El，即激光通信“窗口”。
激光对潜通信不仅具有超长波通信的全部优点，还具有传输速率高、信息容量大、：抗电磁和核辐射干扰，方向性强、体积小、隐蔽性好等超长波无法与之比拟的优点，能实现最复杂的通信系统。
如地面通过卫星对潜实施激光通信，仅发射三颗卫星，先从地面用微波向卫星发送信息，再经卫星上的激光束向潜艇所在海域进行扫描传输信息，而不影响潜艇的战术机动，能对400m 以下深度、航运3O节以上的战略核潜艇实施全球海域的通信联网。
二、激光对潜通信的作用及前景不同波长的光波穿透水的能力不同，经测量表明，无论在海水或纯水中，水下μ的蓝绿可见光，称光波穿透海水的蓝绿光“窗传输的有效光波长范围0．47～0.54mμ。
口”，最佳波长为0．48m经测量，蓝绿光在海水中的穿透深度可达600m，这一特性与极低频120～180m 比较，在海军对潜通信中具有极大的吸引力。
美国海军一开始的基本设想和方案是：(1)先从地面将报文用微波送至卫星，再由卫星上的蓝绿激光发到潜艇所在海域；(2)由地面激光发射机以小于2O。
光电检测技术光电检测技术试卷(练习题库)1、光电检测系统通常由哪三部分组成？2、光电效应包括哪些？3、外光电效应4、内光电效应5、简述内光电效应的分类？6、光电导效应7、光生伏特效应8、光电池是根据什么效应制成的将光能转换成电能的器件，按用途可分为哪几种？9、激光的定义，产生激光的必要条件有什么？10、热释电器件必须在什么样的信号的作用下才会有电信号输出？11、 CCD是一种电荷耦合器件，CCD的突出特点是以什么作为信号，CCD的基本功能是什么？12、根据检查原理，光电检测的方法有哪四种？13、光热效应应包括哪三种？14、一般PSD分为两类，一维PSD和二维PSD，他们各自用途是什么？15、真空光电器件是基于什么效应的光电探测器，它的结构特点是有一个真空管，其他元件都在真空管中，真空光电器16、响应度（或称灵敏度）17、亮电流18、光电信号的二值化处理19、亮态前历效应20、热释电效应21、暗态前历效应22、简述雪崩光电二极管的工作原理？23、简述光生伏特效应与光电导效应的区别？24、简述光生伏特效应与光电导效应的联系？25、什么是敏感器？26、简述敏感器与传感器的区别？27、简述敏感器与传感器的联系？28、简述发光二极管的工作原理？29、简述PIN型的光电二极管的结构？30、简述PIN型的光电二极管的工作原理？31、简述PIN型的光电二极管的及特点？32、简述光电检倍增管的结构组成？33、简述光电检倍增管的工作原理？34、简述CCD器件的结构？35、简述CCD器件的工作原理？36、举例说明补偿测量方法的原理？37、举例说明象限探测器的应用。
38、坎德拉（Candela，cd）39、象增强管40、本征光电导效应41、信息载荷于光源的方式信息载荷于透明体的方式、信息载荷于反射光的方式、信息载荷于遮挡光的方式、信息载荷42、光源选择的基本要求有哪些？43、光电倍增管的供电电路分为负__供电与正__供电，试说明这两种供电电路的特点，举例说明它们分别适用于哪44、为什么结型光电器件在正向偏置时，没有明显的光电效应？它必须在那种偏置状态？为什么？45、为什么发光二极管的PN结要加正向电压才能发光？而光电二极管要零偏或反偏才能有光生伏特效应？46、简述三种主要光电效应的基本工作原理？47、光电探测器与热电探测器在工作原理、性能上有什么区别？48、简述光电探测器的选用原则？49、简述光电池、光电二极管的工作原理及区别？50、叙述实现光外差检测必须满足的条件？51、光具有的一个基本性质是（）。
3μm 光纤激光器的研究进展杨伟;段云锋;王强;张秀娟;邓明发【摘要】The 3 μm laser plays an important role in the lasermedicine.Owing to the potential of fiber laser,the re-search on 3 μm fiber laser has great significance and value.The principle and research progress of the 3 μm fiber la-ser doped different rare earth ions are summarized,and several ZBLAN fiber lasers doped different ions are intro-duced.At the end,the faced problems of the 3 μm fiber laser are analyzed,and development tendency in the future is pointed out.%3μm 波段的激光在激光医疗等领域发挥着重要的作用，同时鉴于光纤激光器的突出优点，使研究3μm 波段的光纤激光器具有极高的应用价值。
本文从不同的掺杂稀土离子角度对3μm 波段光纤激光器的工作原理和研究状况进行了简要概述，介绍了几种不同离子掺杂的 ZBLAN 光纤激光器。
最后分析了当前3μm 波段光纤激光器发展所面临的问题和今后的研究方向。
【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】5页(P471-475)【关键词】3 μm;光纤激光器;工作原理;研究进展【作者】杨伟;段云锋;王强;张秀娟;邓明发【作者单位】北京东方锐镭科技有限公司，北京 100015;北京东方锐镭科技有限公司，北京 100015;北京东方锐镭科技有限公司，北京 100015;北京东方锐镭科技有限公司，北京 100015;北京东方锐镭科技有限公司，北京 100015【正文语种】中文【中图分类】TN248.11 引言由于3μm波段的激光被水分子强烈吸收，同时Ca、P等也对其具有很高的吸收率，所以该波段激光可被用于切割多水份的生物软组织以及骨骼，应用在激光手术中有着凝血迅速和手术创面小的优点［1］。
《激光原理》习题解答第一章习题解答1 为了使氦氖激光器的相干长度达到1KM ，它的单色性0λλ∆应为多少？解答：设相干时间为τ，则相干长度为光速与相干时间的乘积，即c L c ⋅=τ根据相干时间和谱线宽度的关系cL c ==∆τν1又因为γνλλ∆=∆，0λνc=，nm 8.6320=λ由以上各关系及数据可以得到如下形式： 单色性=ννλλ∆=∆=c L 0λ=101210328.61018.632-⨯=⨯nmnm解答完毕。
2 如果激光器和微波激射器分别在10μｍ、500nm 和Z MH 3000=γ输出1瓦连续功率，问每秒钟从激光上能级向下能级跃迁的粒子数是多少。
解答：功率是单位时间内输出的能量，因此，我们设在dt 时间内输出的能量为dE ，则 功率=dE/dt激光或微波激射器输出的能量就是电磁波与普朗克常数的乘积，即d νnh E =，其中n 为dt 时间内输出的光子数目，这些光子数就等于腔内处在高能级的激发粒子在dt 时间辐射跃迁到低能级的数目（能级间的频率为ν）。
由以上分析可以得到如下的形式：ννh dth dE n ⨯==功率 每秒钟发射的光子数目为：N=n/dt,带入上式，得到：()()()13410626.61--⨯⋅⨯====s s J h dt n N s J νν功率每秒钟发射的光子数根据题中给出的数据可知：z H mms c13618111031010103⨯=⨯⨯==--λν z H mms c1591822105.110500103⨯=⨯⨯==--λν z H 63103000⨯=ν把三个数据带入，得到如下结果：19110031.5⨯=N ，182105.2⨯=N ，23310031.5⨯=N3 设一对激光能级为E1和E2（f1=f2），相应的频率为ν（波长为λ），能级上的粒子数密度分别为n2和n1，求(a)当ν=3000兆赫兹，T=300K 的时候，n2/n1=? (b)当λ=1μm ，T=300K 的时候，n2/n1=? (c)当λ=1μm ，n2/n1=0.1时，温度T=？解答:在热平衡下，能级的粒子数按波尔兹曼统计分布，即：TK E E T k h f f n n b b )(expexp 121212--=-=ν（统计权重21f f =） 其中1231038062.1--⨯=JK k b为波尔兹曼常数，T 为热力学温度。
激光的安全与防护1 前言激光是指通过受激发射放大的光，它具有单色性好，相干性好，方向性好以及能量密度高的特性。
产生激光的介质主要有四种类型，固体（晶体、玻璃等）、气体（原子气体、离子气体、分子气体）、液体（有机或无机液体）和半导体。
这些激光介质发射出的激光覆盖了电磁波的大部分范围，可以从远紫外（100nm）波段到远红外（10mm）波段。
激光束通过与材料无接触相互作用，使材料加热、熔化或气化，从而实现切割、焊接、表面处理等加工过程。
为了防止各种伤害事故发生，必须做好激光设备的安全防护措施，具体包括以下几个方面：1.1激光设备的安全防护。
1.2对人身的保护。
1.3其他防护措施。
1.4激光安全国家标准a) 激光产品的辐射安全：GB7247.1-2001b) 激光防护设备的安全标准：GB18151-2000c) 激光安全标志标准：GB18217-2000d) 激光作业场的安全标准：GB10435-1989e) 军用激光安全标准共45项2 激光产品的分类根据激光对人体的危险度分类，可分为一到四级。
2.1 Class12.1.1 功率低输出激光（功率小于0.4mW）。
2.1.2 生物危害性特点该设备不产生任何生物性危害。
不论何种条件下对眼图2-1 激光打印机睛和皮肤，都不会超过最大允许暴露值（The maximum permissible exposure，简称MPE值），甚至通过光学系统聚焦后也不会超过MPE值。
基本不会对眼睛产生危害，可以保证设计上的安全，不必特别管理。
安全级别1级的激光设备，低输出激光，一般功率小于0.4mW。
2.1.3 典型应用如激光教鞭，CD 播放机，小型激光打印机、CD-ROM 设备，地质勘探设备和实验室分析仪器等。
2.1.4 安全规范要求任何可能观看的光束都是被屏蔽的，且在激光暴露时激光系统是互锁的。
大型激光打印机如DECLPS-40是由10毫瓦（3B类）氦氖激光驱动的，尽管实际的激光器是3B类，但打印机是互锁的，以避免和暴露的激光束发生任何接触。
华中科技大学《激光原理》考研题库及答案1．试计算连续功率均为1W 的两光源，分别发射λ＝0.5000m ，ν=3000MHz的光，每秒从上能级跃迁到下能级的粒子数各为多少？答：粒子数分别为：188346341105138.21031063.6105.01063.61⨯=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯==---λνc h q n 239342100277.51031063.61⨯=⨯⨯⨯==-νh q n2．热平衡时，原子能级E 2的数密度为n 2，下能级E 1的数密度为n 1，设21g g =，求：(1)当原子跃迁时相应频率为ν＝3000MHz ，T ＝300K 时n 2/n 1为若干。
(2)若原子跃迁时发光波长λ＝1，n 2/n 1＝0.1时，则温度T 为多高？答：（1）(//m n E E m mkTn nn g en g --=）则有：1]3001038.11031063.6exp[2393412≈⨯⨯⨯⨯⨯-==---kTh e n n ν（2）K T Te n n kT h 3623834121026.61.0]1011038.11031063.6exp[⨯=⇒=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯-==----ν3．已知氢原子第一激发态(E 2)与基态(E 1)之间能量差为1.64×l0－18J ，设火焰(T ＝2700K)中含有1020个氢原子。
设原子按玻尔兹曼分布，且4g 1＝g 2。
求：(1)能级E 2上的原子数n 2为多少？(2)设火焰中每秒发射的光子数为l08 n 2，求光的功率为多少瓦？答：（1）1923181221121011.3]27001038.11064.1exp[4----⨯=⨯⨯⨯-⨯=⇒=⋅⋅n n e g n g n kTh ν且202110=+n n 可求出312≈n（2）功率＝W 918810084.51064.13110--⨯=⨯⨯⨯4．(1)普通光源发射λ＝0.6000m 波长时，如受激辐射与自发辐射光功率体密度之比q q 激自1=2000，求此时单色能量密度νρ为若干？(2)在He —Ne 激光器中若34/100.5m s J ⋅⨯=-νρ，λ为0.6328m ，设μ＝1，求q q 激自为若干？答：（1）3173436333/10857.31063.68)106.0(2000188m s J h h c q q ⋅⨯=⇒⨯⨯⨯=⇒=---ννννρρπρπλρνπ＝自激（2）943436333106.71051063.68)106328.0(88⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==---πρπλρνπννh h c q q ＝自激5．在红宝石Q 调制激光器中，有可能将全部Cr 3＋(铬离子)激发到激光上能级并产生巨脉冲。
《激光原理与技术》习题一班级 序号 姓名 等级一、选择题1、波数也常用作能量的单位，波数与能量之间的换算关系为1cm -1 = eV 。
（A ）1.24×10-7 (B) 1.24×10-6 (C) 1.24×10-5 (D) 1.24×10-42、若掺Er 光纤激光器的中心波长为波长为1.530μm ，则产生该波长的两能级之间的能量间隔约为 cm -1。
（A ）6000 (B) 6500 (C) 7000 (D) 100003、波长为λ=632.8nm 的He-Ne 激光器，谱线线宽为Δν=1.7×109Hz 。
谐振腔长度为50cm 。
假设该腔被半径为2a=3mm 的圆柱面所封闭。
则激光线宽内的模式数为 个。
（A ）6 (B) 100 (C) 10000 (D) 1.2×1094、属于同一状态的光子或同一模式的光波是 .(A) 相干的 (B) 部分相干的 (C) 不相干的 (D) 非简并的二、填空题1、光子学是一门关于 、 、 光子的科学。
2、光子具有自旋，并且其自旋量子数为整数，大量光子的集合，服从 统计分布。
3、设掺Er 磷酸盐玻璃中，Er 离子在激光上能级上的寿命为10ms ，则其谱线宽度为 。
三、计算与证明题1．中心频率为5×108MHz 的某光源，相干长度为1m ，求此光源的单色性参数及线宽。
2．某光源面积为10cm 2，波长为500nm ，求距光源0.5m 处的相干面积。
3．证明每个模式上的平均光子数为1)/exp(1kT hv 。
《激光原理与技术》习题二班级 姓名 等级一、选择题1、在某个实验中，光功率计测得光信号的功率为-30dBm ，等于 W 。
（A ）1×10-6 (B) 1×10-3 (C) 30 (D) -302、激光器一般工作在 状态.(A) 阈值附近 (B) 小信号 (C) 大信号 (D) 任何状态 二、填空题1、如果激光器在=10μm λ输出1W 连续功率，则每秒从激光上能级向下能级跃迁的粒子数是 。
