《固體相干反斯托克斯拉曼變頻器理論與實驗研究》是依託煙臺大學，由丁雙紅擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：固體相干反斯托克斯拉曼變頻器理論與實驗研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：丁雙紅
- 依託單位：煙臺大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）能實現頻率上轉換，擴展相干光譜範圍。由於拉曼晶體具有高拉曼增益係數、大熱導率和高損傷閾值等優點，本項目擬選用拉曼晶體，利用其各向異性進行CARS的共線相位匹配，實現結構緊湊、效率高的固體相干反斯托克斯拉曼變頻器。相位匹配下的拉曼增益抑制是實現相干反斯托克斯光轉換效率的關鍵問題，本項目擬採用輻射傳輸方程和行波方程研究諧振腔內晶體中受激拉曼散射與CARS相互作用，掌握拉曼增益抑制現象的規律，探索有效克服拉曼增益抑制的新方法，設計新型變頻器結構；研究拉曼晶體中CARS共線相位匹配條件；以1064 nm納秒脈衝作為泵浦源，實驗上實現光光轉換效率達15%以上、光束質量好的反斯托克斯相干光輸出；研究相干反斯托克斯光輸出特性，通過實驗結果驗證和改進理論模型。本項目的理論研究結果可以深入和完善對晶體中拉曼過程的認識；實驗提供一種固體化、小型化、高效率新型相干光源。
結題摘要
拉曼晶體具有高拉曼增益係數、大熱導率和高損傷閾值等優點。利用晶體中的受激拉曼散射（SRS）和相干反斯托克斯拉曼散射CARS，可以實現固體相干反斯托克斯拉曼變頻器，實現頻率上轉換，擴展相干光譜範圍。本項目在研究拉曼晶體性質的基礎上，計算了在不同偏振配置下，YVO4、GdVO4、BaWO4、PbWO4和SrWO4晶體中的CARS共線相位匹配的匹配角。本項目以波動方程和SRS物質方程為基礎，推導了考慮SRS及CARS的非線性耦合波方程，推導了具有二階數值精度的算法，編寫了計算程式。 採用行波法，數值求解CARS非線性耦合波方程，研究了外腔式相干反斯托克斯拉曼頻移器的特性，計算最佳耦合輸出率。在最佳化條件下，計算得到的外腔式相干反斯托克斯拉曼頻移器反斯托克斯光的最大轉換效率為14%。以氙燈泵浦電光調Q Nd:YAG雷射器作為泵浦源，實驗上實現了BaWO4外腔式固體相干反斯托克斯拉曼頻移器，研究了反斯托克斯光的輸出特性。當泵浦能量為80 mJ，一階反斯托克斯光最大輸出能量為0.76mJ，對應的轉換效率為0.95%，二階反斯托克斯光最大輸出能量為0.12mJ。 對斯托克斯光種子法反斯托克斯拉曼頻移器，數值求解CARS非線性耦合波方程，研究了晶體介質中SRS與CARS的相互作用，通過數值分析表明有效地克服拉曼增益抑制有兩個途徑，提高反斯托克斯光的轉換效率a：1. 當處於完全相位匹配時，可以增大一階斯托克斯種子光能量，來打破拉曼增益抑制的影響，當一階斯托克斯光振幅與泵浦光振幅之比f為0.14~0.2時，此時a達到最大值約為44%。2. 改變相位失配量，當f較小時(0.01~0.1)時，選取合適的相位失配量 (約0.76)，a最大值可達40%。 設計了斯托克斯光種子法反斯托克斯拉曼頻移器的實驗方案。數值求解外腔式固體拉曼雷射器的輻射傳輸方程，理論分析和最佳化外腔式拉曼雷射器，以有效地產生一階斯托克斯種子光。數值求解CARS非線性耦合波方程，理論分析和最佳化斯托克斯光種子法反斯托克斯拉曼頻移器的實驗條件。本項目對一階斯托克斯種子光的產生進行了實驗研究。分別採用Nd:YVO4和Nd:GdVO4被動調自拉曼雷射器實現了一階斯托克斯光的高效輸出，研究了一階斯托克斯光的輸出特性。以氙燈泵浦電光調Q Nd:YAG雷射器作為泵浦源，研究了 PbWO4外腔式拉曼雷射器輸出特性，實現了一
