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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:鄭麗月
研究生(外文):Li-Yueh Cheng
論文名稱:連續波注入鎖頻單頻Ti-Sapphire雷射
論文名稱(外文):CW Injection-locked Single Frequency Ti:Sapphire Laser
指導教授:劉怡維劉怡維引用關係
指導教授(外文):Yi-Wei Liu
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:物理學系
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:英文
論文頁數:36
中文關鍵詞:注入鎖頻注入雷射鈦藍寶石連續波
外文關鍵詞:injection lockinginjectioninjection-lockedTi:Sapphirelasercw
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論文摘要
本實驗利用注入鎖頻的方法,將單頻的二極體雷射射入一個較高能量但非單
一頻率的鈦藍寶石雷射腔內,藉此得到被放大的單頻雷射光。且其頻率由此單頻
二極體雷射所決定。整個實驗被稱為:注入鎖頻鈦藍寶石雷射。注入鎖頻鈦藍寶
石雷射較傳統的鈦藍寶石雷射有著較低的發光門檻,因為共振腔內不需要其他光
學元件來達到較窄的線寬和單頻的出光,則可避免雷射在光學元件上的反射耗
損,同樣地,因為相對地減少了腔內的光學元件,對於相同幫浦能量的情況下,
注入鎖頻鈦藍寶石雷射也比傳統的鈦藍寶石雷射能夠有較高能量的出光。
若我們與一般將光射入二極體得到放大方法相較,我們的方法可以運用的頻
段相對的大了許多,一般的二極體放大方法在不同的頻段則需要不同的二極體﹔
而且注入鎖頻鈦藍寶石雷射可以得到較高的出光能量與得到空間上較佳的光波
形。
我們利用注入鎖頻的方法將單頻的二極體雷射放大,並且利用拍頻的方法觀
察線寬大小與是否有中心頻率改變的現象,所得的線寬小於5 MHz,而且並無中
心頻率改變的現象。
對於許多特殊頻率的二極體雷射來說,要達到高能量的出光更是困難,但因
為鈦藍寶石晶體的增益頻段可從700 nm 到1000 nm,可以適用注入鎖頻的頻段相
當地廣,故我們可以利用此系統將一個特殊頻率的單頻二極體雷射做一個相當有
效的放大,所以我們的系統可以用來放大許多特殊波長的雷射光,甚至在倍頻之
後可以得到較高能量的藍綠光頻段的可見光,這樣的性質對於雷射光譜的量測將
會是個相當有用的工具。
A cw Ti:Sapphire laser wave injected with a single frequency diode laser is demonstrated.
The injection-locked Ti:Sapphire laser has an advantage of a low threshold
than conventional single-frequency Ti:Sapphire laser, because it eliminates the necessity
of intracavity linewidth narrowing components. In comparison with MOPA, this
method can provide higher intensity and better spatial mode quality.
Injection-locking a high power laser with a low power diode laser reproduces the
diode laser at high power with good fidelity in frequency. The frequency shift and
broadening of the Ti:Sapphire laser is measured using the method of beat note with
the master laser. The linewidth is estimated as less than 5 MHz, and no shift is
observed. The wavelength tuning range is determined by the tuning range of the
laser diode used to inject the Ti:Sapphire laser.
Such a system can be a powerful tool for laser spectroscopy at a frequency region,
where the high power single frequency diode laser is not available.
Contents
1 Introduction 1
1.1 Injection-Locking Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Ti:Sapphire Crystal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2 Fundamental Theory 3
2.1 Injection-Locking Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.2 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
3 Experiment 6
3.1 Ti:Sapphire Laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3.2 Master Laser-Extended Cavity Diode Laser . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.3 Frequency Modulation Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.3.1 The Electro-optic Effect of Anisotropic Media . . . . . . . . . 16
3.3.2 The Lithium Niobate Crystal . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.3.3 The Pound-Drever-Hall Technique . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.3.4 The Resonant Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.4 Experimental Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.5 Frequency Shift and Linewidth Measurement . . . . . . . . . . . . . . 24
4 Results and Discussion 27
4.1 Output Power of the Injection-locked Ti:Sapphire Laser . . . . . . . . 27
4.2 Stability of the Injection-locked Ti:Sapphire Laser . . . . . . . . . . . 27
4.3 Frequency shift and Linewidth of the Injection-locked Ti:Sapphire Laser 30
I
CONTENTS II
5 Conclusion 35
References
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