（光学专业论文）半导体泵浦的全固化单纵模激光器.pdf

学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导f 进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经 发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在 文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名：惑蝠u 期：趔芷丝因! 塑 学位论文使用授权声明 本人完全了解华东师范人学有关保冒f 、使川学化沦文的规定，学校有权保 留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权 将学位论文用于非赢利l i 的的少量复制并允均：沦文进入学校图 5 馆被查阅。有 权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索。有权将学位论文的标题和摘要 汇编出版。保密的学位论文在解密后适用术规定。 学位沦文作者签幺：黼 甘师签私 i | 期：趔垒鞋驰；il ：2 1 ：鲫列 摘要 以、卜甘体l 披代f 、 j 光灯! 身 ：_ f j j n 0 个川化激光搽以i 能h 饽 换效j 红0 、办命& 久、 r l 能稳定、绡构紧凑、, a l l _ 7 j o , t d 、等晰多优点j 4 泛受j 叫人们的关t j ：。特别足! 卜导体 泵浦的即纵模全 t q f t i ；致j 匕器，i ；tj t ：, f t c 良的。i 质广泛川j - 榭 测趴、舶ir 通讯、光 。i , i , - 。e , l , l l 。l 髓、 线r ：频率转换、j f ，光学等领域。 本史i - 婴= i q - e , fr 两种通过_ l i l i 舻v f u 1 烧孔效j 峨淡褂1 、n 纵模n 0 激光器。 利- 足以特殊没的n d ：y v 0 4 激光f 帑体为增介质构建的线性腔环行激光 器。在激光牖i i 特殊设计的n d ：y v 0 4 激光i 吊体4 i 仪作为增益介质而h 使4 ：同偏振 力+ 向们光欲乍止离，形成腔| 上j 激) 匕的环行，7 f i l 余，孙i j 烧孔效应。 f 止j l j r , i ( j 1 7 7j c l i l l 41 汁 算了这个激光器内光束的偏振n j 况，9 j 了肥j 内激光的环行消除了增荫介质i ，的 。跏l j 烧孔，斤迎过。实验ij ：实厂j c ，、r 纵横运m 、州激光搽进 j 二i i ；j r i l lj _ 775 c l , i ；ic f l , j i , t 钟：分 析表叫，m 然激光器巾存f 1 ：4 m j | 小行的激) 匕，址它们i f j 小抓频! t 2 0 w ) n d ：y v 0 4 l a s e r sm o d el o c k e d b y s t r a i n c o m p e n s a t e ds a t u r a b l eb r a g gr e f l e c t o r s ， o p t s o c a m b 17919 ( 2 0 0 0 ) 7 r b u r n h a ma n da i l a y ，il i g h - p o w e rd i o d e a l + r a y p u m p e df r e q u e n c y d o u b l e dc w n d ：y a gl a s e r s ，o p t l e t t142 7 ( 19 8 0 ) 8vg a e b l e r , b l i u t t e i c h l e r , z z h a n g a n dd s h e n e f f i c i e n tb l u ec wn d ：y a g m i c r o c h i pl a s e rw i t ht w oi n t r a c a v i t yf r e q u e n c yd o u b l e r s ，o p t l e t t 2 513 4 3 ( 2 0 0 0 ) 9 j h a r r i s o n ，a f i n c h ，j f l i n t ，a n dp m o u l t o n ，b r o a d b a n dr a p i dt u n i n go fa s i n g l e f r e q u e n c yd i o d e p u m p e dn e o d y m i t a nl a s e r i e e ej q u a n t e l e c t q e 一2 8 ( 4 ) 1 1 2 3 ( 1 9 9 2 ) l o 崔英i 云，j i 海波，j ，郜江瑞，激光：板钳抽运的一丽输m 一f f 频稳频n d ：y v 0 4 激光器，光学学报，2 l2 7 l ( 2 0 0 1 ) 11 tk a n e a n drb y e r , m o n o l i t h i c ，u n i d i r e c t i o n a ls i n g l e m o d en d ：y a gr i n gl a s er ， o p l l e l t j 06 5f j 9 8 5 ) 2 ! ：堡望堡型i ! 塑竺! 翌丝塑塑垄望些翌1 1 2 7 r - k a n e ，a n i l s s o n ，a n dr b y e r ，f r e q u e n c ys t a b i l i t ya n do f f s e t l o c k i n go fa l a s e r - d i o d e p u m p e dn d ：y a gm o n o l i t h i cn o n p l a n a rr i n go s c i l l a t o r , o p t l e f t 1 217 5 ( 1 9 8 7 ) 1 3 i f r e i t a g ，a t u n n e r n l a n n ，a n di i w e l l i n g ，p a s s i x ，e l yq ，s w i t c h e dn d ：y a gr i n g l a s e r sw i t hh i g ha v e r a g eo u t p u tp o w e ri ns i n g l e f r e q u e n c yo p e r a t i o n o p t i 。e t t 2 2 7 0 6 ( 1 9 9 7 ) 1 4 j p a r k ，r y o o n ，m c h u n g ，a n di1 l e e 。u n i d i r e c t i o n a ls i n g l e m o d en d ：y a gl a s e r w i t hap l a n a rs e m i m o n o l i t h i cr i n gc a v i t y , a p p l o p t 3 84 5 6 70 9 9 9 ) 15 v e v t u h o v ，a n da s i e g m a n a “t w i s t e d m o d e ”t e c h n i q u ef o ro b t a i n i n ga x i a l l y u n i f o r me n e r g yd e n s i t yi nal a s e rc a v i t y , a p p l o p t ，414 2 ( 19 6 5 ) 1 6 d d r a e g e r t ，e f f i c i e n ts i n g l e l o n g i t u d i n a l m o d en d ：y a gl a s e r , i e e ej q u a n t u m e l e c t r o n q e - 82 3 5 ( 19 7 2 ) 17 k w a l l m e r o t ha n d p p e u s e r ，t i g hp o w e r , e ws i n g l e f r e q u e n c y , t e m o o ， d i o d e l a s e r p u m p e dn d ：y a gl a s e r , e l e c t r o n l e f t2 41 ( 8 6 ( 19 8 8 ) 1 8 c a d a m s ，j v o r b e r g ，a n d m l y n e k s i n g l c f r e q u e n c yo p e r a t i o no f ad i o d e - p u m p e d l a n t h a n u m n c o d y mj u m h e x a a l u m i n a t cl a s e rb yu s i n gat w i s t e d m o d ec a v i t y , o p t l e t t 1 84 2 0 ( 1 9 9 3 ) 1 9 yl o u y e r a rb a l e m b o i s b ，m p l i m m e r a 1 、b a d r a p g e o r g e s b ，pj u n c a r a ，m t l i m b e r t a ，e f f i c i e n tc wo p e r a t i o no fd i o d e p u m p e dn d ：y ，fl a s e r sa t 13120a n d 1 3 2 2 6n mf o ras i l v e ra t o mo p t i c a lc l o c k o p t c o m m u n 2 1 73 5 7 ( 2 0 0 3 ) 2 0 7 rf a n a n dj o c h o a u n a b l es i n g l e - t ? e q u e o c yy b ：y a gl a s e rw i t h 卜wo u t p u t p o w e ru s i n g t w i s t d m o d e t e c h n i q u e ，i e e e l h o t o n ，q e c h l e t t 71 1 3 7 ( 1 9 9 5 ) 2 1 g s o r b c l l o s l a c c h e o ，( ii ) e l l a w d l c ，i il , a p o r t a ec i a n c i 、vf o f l i e t t i ，s 1 i a n g ， a n dn p e y h a m b a r i a n t w i s t e d m o d es i n g l e f r e q u e n c ye r - y bw a v e g u i d el a s e ra ti 5 g m ，o p t i c q u a n t u m e l e c t r o n 3 56 6 9 ( 2 0 0 3 ) 2 2 j z a y h o w s k ia n da ，m o o r a d i a n ，s i n g l e f r e q u e n c ym i c r o c h i pn dl a s e r s ，o p t l e t t 1 4 2 4 ( 1 9 8 9 ) 2 3 j z a y h o w s k ia l l da m o o r a d i a n ，f r e q u e n c y m o d u l a t e dn d ：y a gm i c r o c h i pl a s e r s ， o p t l e f t 1 46 1 8 ( 1 9 8 9 ) 2 4 r c o n r o y ，人k e m p g f r i c l ，a n db s i n c l a i r , m i c r o c h i pn d ：v a n a d a t el a s e r sa t 13 4 2 1 1 、卜导体浆沛们个嘲化叩纵模激光器 a n d6 7 1n n l ，o p t l e t t 2 21 7 8 1 ( 】9 9 7 ) 2 5 vc h e n ，s i i ，kl e e ，a n ds z h o u ，s e l l s t a b i l i z e ds i n g l e k m g i t u d i n a l m o d e o p e r a t i o n i nas e l f - q s w i t c h e d c r ，n d ：y a g l a s e r ，o p t l e l t 1 81 4 18 ( 1 9 9 3 ) 2 6 k s u z u k i ，k s h i m o m u r a ，a e d a 、a n dk m u r o l o w n o i s ed i o d e p u m p e d i n t r a c a v i t y d o u b l e dl a s e rw i t ho f f - a x i a l l yc u tn d ：y v 0 4 ，o p t l e t t 1916 2 4 ( 19 9 4 ) 2 7g f r i e l ak e m p t l a k e ，a n dbds i n c l a i r ，c o m p a c ta n de l n c i e n tn d ：y v 0 4l a s e r t h a tg e n e r a l e sat u n a b l es i n g l e j j e q u e n c yg r e e no t f l p u t ，a p p lo p t 3 94 3 3 4 ( 2 0 0 0 ) 2 8 q z h e n g l z h a o ，z y e ，i q i a n ，1 , d - p u m p e ds i n g l e - f r e q u e n c yp a s s i v e l y q s w i t c h e dg r e e nl a s e r , o p t i c s & | , a s e l l c c h 3 44 2 5 ( 2 0 0 2 ) 2 9 c p e d e r s e n 1 ) t l a n s e n ，i s k e t t r u p ，a n d p b u c h h a v e ，d i o d e p u m p e d s i n g l e f r e q u e n c yn d ：y v 0 4l a i rw i t ha s e to l c o u p l e dr e s o n a t o r s ，o p t l e t t 2 01 3 8 9 ( 1 9 9 5 ) 3 0 j j a b c z y f l s k i ，1 p e s h k o ，a n dj f i r a k ，s i n g l e - f r e q u e n c y ，t h i n f i l m - t u n e d ，0 6 一砒 d i o d e p u m p e dn d ：y v 0 4l a s e r ，a p p l o p t 3 62 4 8 4 ( 19 9 7 ) 3 1 w 克希奈尔，阍体激光j l i 科( 车；i 学川钣礼，筇f l 版，2 0 0 2 ) 3 2 戴特力， t - 岢 木：极竹泵f i | i i 休激光器( 1 j qj l f 人。j 1 扳礼，1 9 9 3 ) 、卜甘 小泉f i i i f i j 个h l f l 化，n 纵横激光器 第二章线性谐振腔结构的单纵模环行 激光器的腔内偏振态分析 半导体泵浦的慕1 二线性谐振腔结构的叫：行激光器利用了离轴切n d ：y v 0 4 品体 对4 i 嗣偏振力i 句的光束，”乍空m 建离的效应，j f ：利j i j 腕内心分之啵片对脏内光 束的偏振态进 控制，使激光求住腔i j 环行，消除了窄州烧孔效应，获得了r 丫1 纵 模的输出。奉尊将利川琼斯矩阶刘该激光黹撤腔进行分析，从理论i - b f l j 激光器 的叫：行，并红实验- l ，褂剑j ，讲史，捩钳r 啦纵模激光输m 。这种、仁导体泵沛的激 光器具备了驻波腔的结构紧凑，州1 ，力便等优点，义j 以铁得环行腔纵模激光 的输f o 2 1 琼斯矩阵简介 在光学t 返川姚盼山法，j 以使柴些繁复的比。7 问题变柑的沽办便，通过彻 i 、f 胸知，肫运算就i u 以拊断偏振) 匕纷i f i ；6 振器什构成的光学系统历l l l o d 的偏振念。 琼嘶赳! 阵通常被川水洲弹) 匕i ，的偏撒题，特) 训址禽仃偏撤，i 什的激光谐振腕 的本征偏捉态和本觚频率的 d 题f l - 5 1 。通常状况i - ，出激光器的结构决定激光柚： 腔内h ，社轴传播，我们便“，以橄拊n 洽条什m e = q e ，通过求解如阵本钮i 值来获得 激光的强度、偏振态和频率的空问分抑、本扯态的空问分币，等特征【6 】。上式r 1 1m 即激光腔内光束来嘲岗的琼斯矩衍：，为2 2 如阵，为包含r 偏振态、强度、 e = l 7 1 。 b ， b 。 e = f i g 2 1b e a mi r a t ei nt h ew a l k 。o f fc r y s l a a n d t h ej o n e sm a t r i xf o rt h ei n p u ta n do u t p u tb e a m 7 ： 7 1 1 b ， b 。 榭位等信息的f u 场 袭达式，一般为二二 维的行欠鲢e l ej ，e 易分别为电 场7 ；! z 力向与y 方向 的分量。 、i i 忖休j ：| 芝_ 1 1 j f i j 个i l i i l 化r f , 纵模激光器 当激光腔内不同偏抵态n 勺光束发l ! ；孙i j 走离现缘州，2 x 2 的琼斯甜蚋：便1 i 能够 发挥作i j ，这寸t u 以0 入je 他矩阶儿，将琼j 9 - 矩阶进行扩充1 7 1 。例如，当激光腔 内捅入如f i g 2 1 所示的光束走离i 什州，征这利，激光腔巾，f _ ：l 场的矩阵表达式需 改写为点 【瓦矗风口小j 川r7 j 7 ；分) _ ；j 为止离光水小顶淄光束内i 【! l 场征z 力向。j y 方向的分赋，b x , 口。则为底7 | i 光束的f n 场? i it 方i l l 。jj ，乃阳n 勺分醚。激光腔一 1 光 学；, o , f l ：f 1 9 琼j 圻矩腋：表达式也要棚应敬o i 为4 4 的矧f l , ) - 。 在奉激光器r ，j 。存托锼小j 司_ 【 ；6 振办向f 内光水j “+ i - 走离的离j = 1 1 切n d ：y v 0 4 激 光介质，俐此我们便引入4 x 4f i g s ；( 斯鲥! 阵对激光腔内的偏振进行定性分析。 2 2 基于线性激光腔结构的n d ：y v o 。环行激光器 在线螂：驰波蟛叫j ”j 。增筋介质 一字n u 烧孔效应痧n i 使得激光 以多纵模方 式运行。行波脏的环行激光器w 其t _ f 以“1 j 除增益介质t i t 的空闷烧孔效应而馊激光 器工作在单纵模状态而吸引j rt fj 的兴趣。文献【8 ，就报道了通过在激光腔内插入 使光束走离的双折射7 i 什所卡句建f n 环行激光： ： 。f 1 ：这个激光器- i ，川于产生光束 走离的双折射晶体为金红l 强 体，它将激光腔内小川蝻振 向的光束从空州上分 ) f ：，在增益介质- lr f ：形成驻波。y v 0 4 t i 体属j ：i l ! 巾自l i 体，双折射特r | ：罹著。离 轴切割的y v 0 4 品体被广泛心川。j 二) l 巴 r 光学，如j 匕f l ：光隔离器、光 f 环行器以及光 柬偏移器等。它也可以川l 一激光舱内的光束偏移器，翻l 文献 9 f f ，激光腔内插入 了一片离轴切削的y v o 。1 5 体作为使光束土匕离的双折射元件，构建了种双路山激 光器。在我f i t t i 线性结构的环 r 激光器小 1 0 l ，我 f ) 所使用的是两块离轴切割 n d ：y v o 。诮体糕灿舸成的激光j 体。存激毙臃t k j ，这块t i 体小仪为激光的：坤 益介 质，而且还使矸j 同偏振方向的光束发生空州走离，从州使激光扫：腔内环行。这种 激光器既有线一肚谐振腔纳构紧凑的优r i 又具有环 7 嘴振腔即纵模输出的优点a 2 2 i 实验装置 实验一ir 采j 1 1 的激光谐振腔的结构如f i g 2 2 ；t r i g 。激光谐振腔的泵浦输入镜为 j 秒i i 行为3 0i l l n l ( 1 9 1 i i f l i 镜镜而镀7 f1 0 6 41 1 1 1 1 的i 衔反膜和8 0 8i 1 1 1 1 的增透膜t 输 j6 、| ，甘体采 i f j n 勺令化一p 纵模激光器 出耦合镜为1 0 6 4n n l 透过率为6 的j f ，i f i 镜。激光搽的身 浦源为输功率为1w 的 l d ， 通过非球而透镜聚焦在激光一铺体h 入射神：激光t i l l 体n d y v 0 4 ( a ) 上的泵浦 光斑约为1 0 0i l n l 。整体腔k 约为2 0m m 。 通过a b c d 知刘腔内光束的计算可 f i g 2 - 2s c h e m a t i cd i a g r a mo f t h el a s e ra r r a n g e m e n t 得到激光l | i ；l i 体内激光光鳓约为i o o 儿n 1 ，。j 泵 l | j ) 乜斑干h 配。激光器- i 的关键器 件就是山两块离轴切割的n d ：y v o , lf 5 体粘地i 而成的激光牖体。两块n d ：y v o , 。晶 体a 和b 紧密的删i 在起，外使两崭的f ：碱丽狰刷、卜而内，h 光轴相对于接 触面对称旱4 5 0 放胃，i ： i j 阿者的光轴央确为9 0 。这块特殊i 5 汁的品体不仪作为激 光的增益介质，而h 还用作腔内的偏振器f ，| = 。铂：激光诮体的两侧分别插入了一片 1 0 6 4n m 的p q 分之一波，5p l 平p 2 ，曲兹的光轴都。j 激光品体的1 三截面里4 5 0 。激 光腔内光阑的作_ = f j 为仪选择激光的，i e m , 1 。模。 2 2 2 激光腔的本征值计算 在这个环钉：激光器r hi f j 】寻常光可f i 二常光在以折剩t 弱体巾空问上存在走离， 我们需要引入4 4 的琼斯矩阶，激光器的小_ i i l ：态成棚应i ；为e - - 1 7 ：，7 i 玩口，】。为了 区别顺时针与逆叫针环行的激光，我们选耿两块n d ：y v 0 4 f 诮体a 和b 的空气隙为计 船起点，刈j j 逆t 1 4 t 1 环行的激光，我们 | 撕它f m 杆狰，川j 它的n 洽琼斯甜! 阵。 它的环行路径为n d ：y v o , l ( i ；) 一h a o c a i k 。n d ：y v 0 4 ( b ) 一n d ：y v 0 4 ( a ) - - p i a m l a p l - - - , n d ：y v o , l ( a ) ，琼斯鲋，阵便可写为： m + = c 2 + pj a a p l c 2 _ c l - p 2 a a p 2 c + j 7 、r 叫叫小采汕n 勺个川化忡纵模激光器 l 式r ”p ，和n 代表了凹分之。波片p i ，f i i p 2 ，它们f 向琼斯l 【! 阵为 ，= 疆1 1f fl 0 0 o o 00 00 1， f1 a 为光阑的琼斯矩m a = 00 o 0 0 0 0o 00 0 0 1o 0 1 耻击 lz f1 0 0 oo 00 0o 1一i i1 ( 2 ) ( 3 ) c ，( f ，一) 和+ ( ( j ) 分别为光束n ：f 锗体b 和a t 沿+ z ( z ) 方向传播的琼斯矩阵， 表达式为： ( 1 - c ：= ( ? i = e x p i b ) o o o e x p ( i b 。2 ) 0 0 0 e x p ( i 口 。f ) 0 0 o e x p ( i o 。2 ) 0 ( ) 0 0 00 0 0 c x p ( i o , i ) ( ) c x p ( i 庐。i ) 0 0 00 0 00 00 0 0 0 e x p ( i 口 。2 ) 0 e x p ( i # , 。) 0 0 00 000 0 e x p ( i 矿。1 ) 0 e x p ( i # 川) 00 j 0 00 ()0 e x p ( i o ，2 ) 0 e x p ( i 。2 ) 0 00 0 f 4 a 1 ( 4 b ) ( 4 c ) ( 4 d ) i8 、l i 甘1 水泉 j i 的企川化咀纵模激光器 袖：以i i n q 儿个矧! 阱1 i ，, 1 1 矿，分，；i j 为i f 常光i - i - f 浮光稿i * f 木( j 内f “7 ic i t q t l i f ；l 差。 通过以l ：对各j g f 1 的琼斯矧! 阡定义，我们”r 以汁算整个潴振腔小的激光束 个来i r , lr i q 琼j1 7 7 1 , ：1 f i 表达j ： = 00 0 一e 27 4 + 碱 0( ) oo 0 0 矿 碱 0 ( 5 ) 激光谐振腔的小征态( 包括水征偏振念州小 1 1 频率) i ，j 以通过求解以f 矩陋本 征值的疗法得f f l ： m e = q e j ：k * l ! 阵的本觚值为 印n = 0 ( 7 a ) ( 7 b ) 其m i 第9 f l , j d q i l ：f m = 0 代表了被戏折射t 锅体折射激光腔或被光阚阻挡 的光束，不具有实际意义。将本征值n l 代入( 6 ) 式，我们便可以得到在两块n d ：y v 0 4 懿体之n u 的空气隙处光束的木7 l j ：念。t 弘体小底挪和顶i f l l ) 匕 , 1 4 1 i q 小7 j i ：态分别为： e ：= ( 8 1 1 9 、卜导体泵 ) j f 的个闹化币纵模激光器 t t t ( 8 ) 式呵得知，e 、+ 。”只有代表底部光束x 偏振方向电场分鞋的矩阵元不为零， 其余各矩阵元都为零，这表示晶体t 氐部光束为常光，叭r j1 ，。- i p 顶部的光则为 非常光。因此，我们可以看h j 这两个4 ： 1 f 态拍：n d ：y v 0 4 晶体，f j 在空问l 二是走离丌 c - a s n i l3 弋i ) 4 a ) 、c n i s n ( n 弋t ：- ( b 3 8 。4 s n ( 1y _ f ：( a ) n d 3 r 0 4 b ( b ) 的。横向走离的距离可i l i 下式 获得【1 i i ： 肚端t a l l0 l c ， ，? ? 十h ： | ：式r f ，0 为光束传播轴与 n d ：y v 0 4 的c 轴所成的央角， 存这里为4 5 0 ，l 为晶体的厚 度。n d ：y v 0 4 晶体c i 寻常光与 * 光刈1 0 6 4n m 的光的折劓 ? 红分别为：i9 5 7 3 希f2 i 6 5 2 。 m 我们f | j 实验t i 一所采1 j 的品 体为l m i l l 厚，经汁算可得在 两块r 晴体m 的窄气隙处所产 生的空问走离约为0 】m m 。 经j ：述分析，我们可以获 得激光柬神：游振腔内行进的 f i g 2 3 ( a ) 7 1 1 h co p t i c a lp a t h t ) fl a s e rb e a m 轨迹，如f i g 2 3 所刀i 。” 体 p r ? ? 8 9 8 m g 。o “。r 。i o 。k w m h 。f e 5 0 ”8 t o 底部f i j 寻常光沿+ z 方向通过 m 17 c h eo p t i c a lp a t ho fl a s e rb e a mp r o p a g a t i n g 。”。”一 c l o c k w i s ei nt h er e s o n a t o r n d ：y v 0 4 f i 体b ，与晶体光轴 成4 5 0 角的刖分之波片j ) 2 以及光闲a ，这束光就演变为网偏振光。在经过输h5 耦合镜反刺，i f f 次通过p q 分之波斤，这束咒义变为i i - , q t j t i i i 历入则到n d ：y v 0 4 晶体中。m 哺体hq l g i t 毙沿一z 的方向传播= i f ：渐渐偏离谐振腔轴线，成为品体 中项部的光束。征两块品体n u 的空气隙处激光的本征态已经| _ i _ | ( 8 ) 式给出。然后， 这束毙进入到n d ：y v o 。 韬体at h 它又会渐渐靠近传播轴z 。i t l 于两块n d ：y v 0 4 2 0 、f ，甘体泵f | | j f r | j 个”1 化币纵模激光器 晶体的长度完全一样，光束在晶体bt 1 产 t - f f , j 走离会在 体ar 和获得补偿，在晶 体的出射面h 忖# 光又州到了泵浦点 ：。经过n d ：y v 0 4 1 1 1 1 n 体、口q 分之一波片p i 和光阑，而后被u j 面腔镜反射，这束光义叫复到r ；j 常光，并在泵浦点再次入劓 到了n d ：y v 0 4 仆a i t 。这样，激光束就完成j ，i 逆州针的蚪行。l _ f fh 皆振腔 中偏振元件的对称性，顺时针州q f l i , 3 激光f 由j ：j t 阼j 逆时钏环 7 1 由激光束的相同， 在两块晶体州的空气隙处的本征态也与逆l l , i f f ：l 环行的年| l 嗣。 谐振腔t | 1 激光传播的f t 意点处的本征态都rr j 以通过琼斯矩阵变换计算出来。 例如激光在输出耦合镜处的本征态便mr 式给： e - a p 2 c i 宦f o ) 这样，通过计算，我们一j 以获得t 1 6 体t i - n 0 、常光m 输椴合镜处的木征态 e ：= 品体i i i 的。哪苦光在耦合输出镜处的本征念! 1 1 1 j 为 ：= f f i a ) ( 1 1 b ) 在激光的本征态的表达式。 ，表示顶； | j 光束的矩陆：元全为零，也就是说两束 光在输出耦合镜处合计到底部，j ：t i i | i 本 1 1 i 念 t 4 川位信息i 可以石这两束光分别 为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。激光的本征频二棼r ，j 以通过f 式计算： v ：三i ”一a r g ( 7 1 ) i 2 dl 2 ，r j ( 1 2 ) 2 1 o o 似 p e o o 口 p 。1 - 。+ 、f d f f f j 、| ，导体泵令化译纵模激光器 卜式中c 为光速，c ，为激光器腔氏，”为整数，a r g ( 们为本征值复数口的幅角。 d ：l - - j 二顺时钊雨逆时引环行的激光具彳相同的术觚值，它们的本觚频率也相同，为： 一孙t 1 盟2 ( 1 3 ) 在激光1 5 6 体n d ：y v 0 4 的入刎和“；州l l ，i 饥仆r i ，止离的棚水光合计订：起，_ j i _ 相互重盛。lj 二谐振腔内激光为商斯光束，r i ，；体 ，存n 两束j 匕牛u 旺交叠的部分， 们足m 需的阳束) 匕外f ；棚i _ 涉。这足为顺州”和逆州纠环行激光的l h 佗是符 自独立的，【嗣而它们不会相互卜涉，吲寸斗l 巾d 叫、行厅阳t t 的寻常光与非常光也j i 会干涉。吲此，增 & 介质中不存神m 波，从而出a ：会产，卜窄问烧孔效应。 2 2 3 实验结果与讨论 我们在这利线性潴抓脏n 勺环行激光器r i t 款得即纵模的激光输f 证实了以 上的理沦分析。发射波k 在8 0 8n m 的l d 以5 8 im w 的功率采浦，我们获得了5 l m w 红外l0 6 4n n lf f j 激光输。激光泵浦阈值羊斜效率分别为2 0 7m w 和13 6 。 我们通过检测输出光的偏振状态的方式证实j 州沦的分析。我们首先用单一 检偏器检测输 l 激光束的偏振状态，发现输激光束在各个力+ f f j j 上分斫j 的偏振分 量具有柏i 司的强度。然后，在枪偏器和输耦合镜m 2 之问放，片可旋转的四分 之波”。”1 旋转p u 分之。波j i 时，我们发现输激光束存两个矿交方向上分布 的偏振分嗣的强度总足柙等的。也就足说输；光求为两束村i 位无关的图偏振光 合成的自然光。这就证实了在两个方向卜环行的激光稚：输：_ n 描合镜处，它们的本 征偏振态都是圆偏振的而不足线偏振的。这个事实也说明输出激光束中左旋和 右旋的圆偏振光具有彼此独立的棚位关系，协l 为如果腔内顺时针和逆叫针环行的 振荡模式具有相位依赖性，那么输出激光束将足线偏振或椭圆偏振的，而刁i 足我 们在实验t i ，检测剑的1 - i 然光，这是为枷他十关们如旋跚偏撤光与右旋圆偏振光 会相互叠加：如果两个圆偏振光振i 蠊相同，则叠加为线偏振光，如果两个尉偏振 光振幅不等，则葱加为椭侧偏振光。竹：腔外放胃的p q 分之一1 波j ；可以将输出激光 2 2 、卜导体泵浦i 1 j 个化币纵模激光器 束。i 无午h 位关系f l j ) , i 旋平右旋的侧偏振光转变成心个：交力向旧线偏振光，佴次 通过偏振片便i lj 将最d i l l i ! 起p l ；j i s 4 朽分j i ：。 为了i , i l 实激光器的巾纵模运转，我们使川f - p 捕n 步仪f 1 捕了激光的纵模。 f p w _ r 涉仪的r | i i i 斗，i ；| f i j 为65 g i i z 。f 、行激光器r | 1 i i 1 飨r f i j l j 烧孔效鹰， 斤田日珂( g 曲f r e q u m q ( g 嘲 f i g 3 3t h eo u t p u ts p e c t r u mr e s o l v e db yu s i n gas c a r m i n g f a b r y p e r o ti n t e r r c r o n l e t e l f a l 。f h es p e c t r u mo ft h ei a s e r o u t p u t m o n i t o r e dw i t h o u t a n y t h i n g o u t s i d et i l ej a s e r c a v i t y ( b ) i h es p e c t r u mo f t h el a s e ro u t p u tm u n i t o r c dw i t h aq w po u t s i d et i l e c a v i t y ，w h i c hw a sf o l l o w e db ya r o t a t a b l ep o l a r i z e r 激光器_ 1 作j ：单纵模 状态。神：我们的激光 t 。，虽然同叫存在两个 环行方向，但它们各不 j | ji ，时它们的小征 f l j i 4 ：4 r ，i j i l i l e 激光器 为l 、p 纵 输。f i g 2 4 为激光器纵模分币j 。其 小f i g 2 4 ( a ) j , j 激光器 输m 光的纵模分川i ，包 括厶：旋蚓偏振光和右 旋川偏振光；f i g2 4 ( b ) 为激光经过腔外四分 之波j l 硐i 偏振片后 榆测到的纵模分布。旋 转腔外的叫分之波 片和起偏器，输激光f 1 ：两个j i 交方向l ：的) 匕谱小会发，i - 变化，始终为竹纵模。 这也征明了左旋侧偏振光和右旋嘲偏振光其订扪旧的奉征频率。 2 3 本章小结 我们使刷琼斯矩阵汁算了利j 订两块n d ：y v 0 4 晶体构建的线性谐振脏的环行激 光器内光束的偏振情况，i i l n ) 了腑内激光的环行。r 激光环行消除了增益介质 巾的空间烧孔，= j f = 迎过实验址实单纵模运仃。经特殊驶i , 1 n 0n d ：y v 0 4 激光鼬 体在激光腔小4 ；仪作为埔觞介质丽n 使彳i 同偏振方向的光发生走离。对激光器进 j ：的琼斯甜阼的铝分析& j 必，丑l 然激光搽t l 仃n 舣m 环行j 的激光， | ! 足它们的 2 3 一己djeliscolu 、r 导体泵沛的个川化币纵模激光器 本征频率相同，儿互小j u 哭，小会秘加肜成驻波，蚓斯没有空n u 烧孔效应，激光 器运i j ：在r p 纵模状态。实验t f t 使川f - p 扣捕i + 涉仪捩得的激光器纵模分和也证实 了激光器的单纵模运行。这种、l i 导体泵浦的线形谐振腔的环行激光器具备了驻波 腔结构紧凑，渊。1 7 方便f i j 优点，义i l j 以扶得环行激光器的r 弘纵模输。 2 4 一一 ! ! 壁堡型塑 塑竺塑! ! 鲎：塑垡塑堂墅! 参考文献 1 j j u n g h a n s ，m k e l l e r , a n d h i w e b e r , t , a s e rr e s o n a t o r sw i t h p o l a r i z i n g e l e m e n t s 。e i g e n s t a t e sa n de i g e n v a l u e so fp o l a r i z a t i o n ，a p p l o p t1 32 7 9 3 ( 19 7 4 ) 2 a n i l s s o n e g u s t a f s o n a n dr b y e r , e i g e n p o l a r i z a t i o nt h e o r yo fm o n o l i t h i c n o n p l a n a rr i n go s c i l l a t o r s ，i e e ej q u a n t u m e l e c t r o n q e 一2 57 6 7 ( 19 8 9 ) 3 a o r l a n d i n i ，a n d 【。v i n c e t t i ，c o m p a r i s o no ft h ej o n e sm a t r i xa n a l y t i c a lr o o d e l s a p p l i e dt oo p t i c a ls y s t e ma f f e c t e db yh i g h o r d e rp m i ) ，i e e ej q u a n t u m e l e c t r o n q e 一2 1 14 5 6 ( 2 0 0 3 ) 4 b p e r n y , ( z i m m e r t 7 p r i e t oa n dn g i s i n 1 o l a r i s a t i o nn l o d ed i s p e r s i o n ：l a r g e s c a l ec o m p a r i s o no f j o n e sm a t r i xe i g e n a n a l y s i sa g a i n s ti m c r f e r m n e l r i cm e a s u r e m e n t t e c h n i q u e s e l e c t r o n l e t t 3 26 8 0 ( 19 9 6 ) 5 ，n l a i a m b r a n e l ，1 7 b r e t e n a k e r , a n do l ：, m i l e c o n t r o lo ft h ep u l s ed u r a t i o ni n o n e 。a n dt w o a x i sp a s s i v e l yq s w i t c h e ds o l i d