同步泵浦可调谐染料激光器输出特性的研究

### 同步泵浦可调谐染料激光器输出特性研究 #### 摘要与背景 本研究探讨了同步泵浦可调谐染料激光器的输出特性，特别是其脉冲宽度、输出能量以及与腔长匹配的关系。研究采用了被动锁模Nd:YAG激光器的TEM₀₀模式脉冲序列作为泵浦源，并利用KDP晶体进行了二次谐波生成以提高泵浦光的频率。染料激光器使用了若丹明6G作为活性介质。 #### 实验装置与方法 ##### 泵浦源 - **被动锁模Nd:YAG激光器**：输出脉冲序列，每个脉冲的能量为1毫焦耳，脉冲宽度约为40皮秒（通过皮秒Kerr光门测量）。 - **KDP晶体**：用于将Nd:YAG激光器的基频光转换为二次谐波光，转换效率约为40%。 ##### 染料激光器 - **光学谐振腔**：由一个曲率半径为3米的全反射镜和一个反射率为75%-80%的平面输出镜组成。 - **染料池**：厚度为5毫米，填充有1×10⁻⁴摩尔/升的若丹明6G乙醇溶液。 - **角棱镜**：用于调谐激光波长，放置于布儒斯特角。 #### 输出特性分析 - **脉冲宽度测量**：采用非共线型皮秒Kerr光门结合可变光学延迟线来测量染料激光脉冲的宽度。 - **波长与调谐范围**：通过摄谱仪测定，发现染料激光波长可在550-600纳米之间连续可调，线宽为0.4纳米。 - **能量与转换效率**：输出脉冲序列能量为0.5毫焦耳，单线能量转换效率在570纳米时达到10%以上。 - **峰值功率**：在腔长匹配的情况下，脉冲宽度约为40皮秒，峰值功率可达1兆瓦。 #### 腔长匹配对输出特性的影响 实验结果显示，腔长匹配对于染料激光器的性能至关重要： - 当腔长失配1毫米时，染料激光脉宽增加至泵浦光脉宽的两倍，且脉冲形状变得不对称。 - 随着腔长失配量的增加，脉宽显著增宽，畸变加大，出现多峰现象，脉冲后沿拉长。 - 在腔长失配情况下，输出能量也随之减少；当腔长失配达到10毫米时，输出能量大约减少了一半。 - 这种现象可以归因于腔长失配导致的增益下降。 #### 讨论 本研究揭示了腔长匹配对染料激光器性能的重要影响。精确控制腔长能够显著改善激光器的输出特性，如保持较高的脉冲峰值功率和较窄的脉冲宽度。此外，研究还强调了染料激光器在腔长匹配不佳时的性能下降情况，这对于实际应用中的系统设计具有重要意义。 本研究不仅为同步泵浦可调谐染料激光器的输出特性提供了深入的理解，也为进一步优化此类激光器的设计和操作提供了宝贵的数据支持。