穩(wěn)定的高峰值功率Nd-YAG-Cr4+-YAG被動(dòng)調(diào)Q微片激光器研究.pdf

1、單縱模、高峰值功率被動(dòng)調(diào)Q激光器廣泛應(yīng)用于激光測距、激光醫(yī)療、光通信、激光點(diǎn)火、生物分子操控等領(lǐng)域，但其大多數(shù)應(yīng)用均需要激光器輸出脈沖序列相對穩(wěn)定，也即，激光器輸出不穩(wěn)定的脈沖將會(huì)導(dǎo)致激光器應(yīng)用價(jià)值受限。為實(shí)現(xiàn)在簡單小型化的被動(dòng)調(diào)Q激光器中獲得脈沖序列相對穩(wěn)定的高峰值功率、單縱模激光輸出，本文以準(zhǔn)連續(xù)激光二極管作為泵浦源，從可飽和吸收體初始透過率、輸出耦合鏡反射率、泵浦光功率、泵浦光脈沖寬度、泵浦光重復(fù)頻率、泵浦光斑大小、腔長和標(biāo)準(zhǔn)具等

2、多方面對被動(dòng)調(diào)Q激光器性能的理論和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了分析和研究，為獲得脈沖穩(wěn)定的單縱模、高峰值功率微片激光器提出了新思路。
　　首先，本文對準(zhǔn)連續(xù)激光二極管泵浦被動(dòng)調(diào)Q激光器所用裝置材料各方面的特性進(jìn)行了分析，緊接著對高峰值功率、單縱模、脈沖序列穩(wěn)定的激光器研究現(xiàn)狀做了簡單的介紹，然后對本文的研究進(jìn)行了規(guī)劃。
　　其次，為了更準(zhǔn)確的了解和分析不同因素對被動(dòng)調(diào)Q激光器輸出激光性能的影響，本文從被動(dòng)調(diào)Q固體激光器的速率方程出發(fā)，了解了激

3、光建立的過程。緊接著分析了輸出能量、脈沖重復(fù)頻率、脈沖寬度、脈沖峰值功率隨輸出耦合鏡反射率、可飽和吸收體初始透過率、腔長的變化關(guān)系。然后又分析了改變和控制泵浦光斑大小的方法以及泵浦光斑大小對激光光斑的影響。結(jié)果表明，為了獲得高峰值功率脈沖輸出，實(shí)驗(yàn)應(yīng)該選用低初始透過率的可飽和吸收體、短腔長、合適的輸出耦合鏡和合適的泵浦光斑大小。接著又分析了激光縱模的影響參數(shù)，提出通過在Nd∶YAG/Cr4+∶YAG復(fù)合晶體后添加Cr4+∶YAG晶體對激

4、光進(jìn)行雙被動(dòng)調(diào)Q不僅可以獲得高峰值、短脈寬脈沖輸出，也可以對激光縱模進(jìn)行穩(wěn)定的選模。
　　再者，本文采用平凹腔結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)研究了復(fù)合晶體初始透過率、腔長、輸出耦合率、泵浦源設(shè)定參數(shù)以及泵浦光斑的大小對Nd∶YAG/Cr4+∶YAG復(fù)合晶體被動(dòng)調(diào)Q激光器性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)降低可飽和吸收體的初始透過率、縮短腔長、增大泵浦光功率、增大泵浦光脈沖寬度、增大泵浦光斑有利于提升脈沖峰值功率。隨著輸出耦合鏡反射率Roc變化，脈沖峰值功率存在一個(gè)

5、最佳輸出耦合率Roc=60％。實(shí)驗(yàn)在聚焦泵浦光斑半徑大小約0.15 mm、泵浦光脈沖寬度為0.5ms、泵浦光重復(fù)頻率為50 Hz、泵浦光功率為79 W、輸出耦合鏡反射率為Roc=60％時(shí)獲得了光·光轉(zhuǎn)換效率高達(dá)20％的激光輸出。
　　最后，本文采用平平腔結(jié)構(gòu)，對穩(wěn)定的高峰值功率Nd∶YAG/Cr4+∶YAG復(fù)合晶體被動(dòng)調(diào)Q微片激光器進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。首先研究了不同條件下泵浦光脈沖寬度對光-光轉(zhuǎn)換效率和峰值功率的影響，提出了獲得

6、高光-光轉(zhuǎn)換效率、高峰值功率的研究方法。緊接著通過調(diào)整透鏡組到晶體的距離改變泵浦光斑大小系統(tǒng)的研究了泵浦光斑大小對激光性能的影響。首次提出了通過優(yōu)化調(diào)整距離可以獲得高峰值功率脈沖輸出的新思路。然后本文采用“三明治”的方式制備了Nd∶YAG/Cr4+∶YAG復(fù)合晶體+Cr4+∶YAG晶體+輸出耦合鏡被動(dòng)調(diào)Q微型激光器，在泵浦光脈沖寬度為0.7ms、泵浦光重復(fù)頻率為10 Hz、泵浦光功率為81W、輸出耦合鏡為Roc=50％下獲得了脈沖序列穩(wěn)