LD泵浦全固態(tài)調Q激光特性理論與實驗研究.pdf

1、激光二極管(LD)泵浦的固體激光器具有全固化、體積小、泵浦效率高等特點，在激光通訊、遙感探測、工業(yè)加工、軍事、醫(yī)療等領域有著廣泛的應用前景，受到人們極大的關注。 本論文采用光纖耦合輸出的激光二極管作泵浦源，用Nd：YVO<,4>、Nd：GdVO<,4>晶體作激光工作物質，分別研究了飽和吸收體Cr<'4+>：YAG和GaAs被動調Q激光的脈沖輸出特性以及脈寬控制特性，研究了聲光一Cr<'4+>：YAG和聲光-GaAs主被動調

2、Q及Cr<'4+>：YAG-GaAs雙被動調O激光的脈沖輸出特性，研究了周期極化KTP(PPKTP)晶體的倍頻激光特性，同時，運用速率方程對以上調Q激光的運轉特性進行了理論分析。論文的主要研究工作包括： Ⅰ實現(xiàn)了LD泵浦Nd：YVO<,4>晶體、Cr<'4+>：YAG被動調Q 1.06μm激光運轉，測量了不同Cr<'4+>：YAG小信號透過率、不同輸出鏡反射率及泵浦功率下的單脈沖能量、峰值功率、脈沖寬度和重復率；同時，考慮腔內(nèi)光

3、子數(shù)密度的橫向與縱向分布以及激活介質反轉粒子數(shù)密度、飽和吸收體基態(tài)粒子數(shù)密度和泵浦光的橫向空間分布，給出了描述調Q激光運轉特性的速率方程新模型，通過數(shù)值求解，對實驗結果進行了理論模擬。(第二章第一節(jié)) Ⅱ采用三鏡折疊腔結構，實現(xiàn)了LD泵浦Nd：YvO<,4>晶體、KTP內(nèi)腔倍頻、Cr<'4+>：YAG被動調Q 0.5 3μm綠激光輸出，對不同Cr<'4+>：YAG小信號透過率、不同泵浦功率下的脈沖寬度、重復率、單脈沖能量和峰值

4、功率進行了測量；在理論分析中，將二次諧波轉換視為諧振腔的一種非線性損耗，并考慮調Q激光速率方程的新模型，對Nd：YvO<,4>/KTP、Cr<'4+>：YAG被動調O綠激光脈沖輸出性能進行了理論模擬。(第二章第二節(jié)) Ⅲ對LD泵浦GaAs被動調Q Nd：YVO<,4>激光進行了理論和實驗研究，測量了不同輸出鏡反射率下輸出脈沖的寬度、重復率、單脈沖能最及峰值功率隨泵浦功率的變化關系；存理淪分析中，考慮GaAs飽和吸收體的單、

5、雙光子吸收過程，利用速率方程的新模型，對GaAs破動淵Q輸出特性進行了數(shù)值模擬，理論計算和實驗結果相符合。(第三章第一節(jié))IV實現(xiàn)了LD泵浦Nd：GdVO<,4>體、KTP內(nèi)腔倍頻、GaAs被動訓Q0.53μm綠激光運轉，測量了不同泵浦功率下的脈沖寬度、重復率、單脈沖能量和峰值功率，并運用速率方程的新模型，對實驗結果進行了理論模擬。(第三章第二節(jié)) V研究了LD泵浦Nd：GdVO<,4>晶體、GaAs被動調Q激光的脈寬控制特性

6、，結果表明，改變GaAs飽和吸收體在激光腔內(nèi)的位置及泵浦光束腰在激活介質中的位置能有效地控制脈寬；在理論分析中，考慮激活介質的薄透鏡效應，利用ABCD矩陣理論，給出了振蕩光光斑半徑隨泵浦功率、泵浦光半徑以及在激光腔內(nèi)不同位置的變化關系，運用速率方程新模型直接獲得了脈寬與振蕩光和泵浦光光斑大小之間的關系，理論計算與實驗結果相符。(第四章第一節(jié)) VI采用三鏡折疊腔結構，通過分別改變Cr<'4+>:YAG飽和吸收體在激光腔內(nèi)的位置及

7、泵浦光束腰在激活介質中的位置，實現(xiàn)了對LD泵浦Nd:YVO<,4>/KTP內(nèi)腔倍頻、Cr<'4+>:YAG被動調Q綠激光的脈寬控制；在理論分析中，首先給出了振蕩光光束半徑隨泵浦功率、泵浦光半徑以及在腔內(nèi)不同位置的變化關系，之后利用速率方程對實驗結果進行了理論模擬。(第四章第二節(jié)) VII對LD泵浦聲光和Cr<'4+>針:YAG雙調ONd:YVO<,4>激光的脈寬壓縮特性進行了理論和實驗研究，測量了不同聲光調制頻率下雙調Q

8、和單一聲光調Q兩種激光的脈寬隨泵浦功率的變化關系，結果表明，與單一聲光調Q激光相比，雙調Q激光的脈寬明顯被壓縮；同時，考慮腔內(nèi)光子數(shù)密度的橫向與縱向分布以及激活介質反轉粒子數(shù)密度、飽和吸收體基態(tài)粒子數(shù)密度和泵浦光的橫向空間分布，首次給出了描述主被動雙調Q激光脈沖輸出性能的速率方程模型，數(shù)值求解方程的理論計算值與實驗結果相符。(第五章第一節(jié)) VⅢ實現(xiàn)了LD泵浦Nd:GdVO<,4>晶體、聲光和GaAs雙調Q激光運轉，并與單一

9、聲光或GaAs闊QNd:GdVO<,4>激光進行了比較，測量了不同聲光調制頻率下三種調Q激光的脈沖輸出特性，結果顯示，雙調Q激光不但脈寬被壓縮，而且產(chǎn)生的脈沖形狀更對稱：在理論分析中， 考慮GaAs飽和吸收體的單、雙光子吸收過稚，利用主被動調Q速率方程模型，對聲光和GaAs雙調Q激光運轉特性進行了理論模擬。(第五章第二節(jié))IX 將 GaAs 同時兼做調Q元件和諧振腔的輸出鏡，實現(xiàn)了 LD 泵浦 Nd:GdVO<,4>晶體、Cr<'4+

10、>：YAG和GaAs艤被動調Q激光運轉，并同Cr<'4+>：YAG或GaAs單一被動調ONd:GdVO<,4>激光進行了比較，測量了不同Cr<'4+>：YAG小信號透過率下三種調Q激光的脈寬、重復率、單脈沖能量和峰值功率隨泵浦功率的變化關系，結果表明，同單一被動調Q激光相比，雙被動調Q脈沖激光不僅能壓縮脈寬、形狀更對稱，而且單脈沖能量和峰值功率較高；在理論分析中，通過進一步考慮激活介質反轉粒子數(shù)密度和泵浦光的縱向分布，首次給出了描述雙被

11、動調Q激光脈沖輸出性能的速率方程模型，理論計算與實驗結果相吻合。(第五章第三節(jié)) X 采用三鏡折疊腔結構，對LD泵浦聲光和GaAs雙調QNd:YVO<,4>/KTP綠激光脈寬壓縮特性進行了理論和實驗研究，并同單一聲光或GaAs調QNd:YvO<,4>/KTP激光進行了比較，測量了三種調Q激光的脈寬隨泵浦功率和聲光調制頻率的變化關系，該雙調Q激光的最大特點也是不但脈寬被壓縮，而且產(chǎn)生的脈沖形狀更對稱；同時，利用主被動調Q速率方程模

12、型，對聲光和GaAs雙調Q綠激光運轉特性進行了理論分析。(第五章第四節(jié)) XI采用Cr<'4+>：YAG作為飽和吸收體，利用PPKTP作為折疊內(nèi)腔倍頻晶體，實現(xiàn)了LD泵浦Nd:YvO<,4>晶體被動調Q 0.53μm綠激光輸出，測量了不同Cr<'4+>：YAG小信號透過率、不同泵浦功率下的脈沖寬度、重復率、單脈沖能量和峰值功率，同時，運用準相位匹配理論和速率方程新模型對實驗結果進行了理論模擬。(第六章第一節(jié)) XII實現(xiàn)

13、了LD泵浦Nd:YVO<,4>晶體、PPKTP折疊腔倍頻、GaAs被動調Q 0.53 μm綠激光運轉，測量了脈沖寬度、重復率、單脈沖能量和峰值功率隨泵浦功率的變化關系，數(shù)值求解Nd:YVO<,4>/PPKTP、GaAs被動調Q耦合方程組的理論計算值與實驗結果相符。(第六章第二二節(jié)) XⅢ實現(xiàn)了LD泵浦Nd:YVO<,4>/PPKTP折疊腔倍頻、聲光調Q 0.53μm綠激光輸出，對不同聲光調制頻率、不同泵浦功率下的脈沖寬度、單脈沖

14、能量和峰值功率進行了測量，并利川耦合速率方程組對實驗結果進行了理論模擬。(第六章第三節(jié))0 論文的主要創(chuàng)新工作包括： Ⅰ首次考慮腔內(nèi)光子數(shù)密度的橫向與縱向分布以及激活介質反轉粒子數(shù)密度和泵浦光的橫向空間'分布，建立了拙述LD泵浦固體調Q激光運轉特性的速率方程新模型，并運用該模型對Cr<'4+>YAG被動調Q激光特性進行了數(shù)值模擬，理論計算和實驗結果相符。 Ⅱ考慮飽和吸收體GaAs單、雙光子吸收過程，首次運用速率方程

15、新模型對GaAs被動調Q激光的運轉特性進行了理論分析，數(shù)值求解方程的理論計算值與實驗結果相吻合。 Ⅲ首次對LD泵浦Nd：Gdv0<,4>晶體、GaAs被動調Q和Nd：Yv0<,4>/KTP、Cr<'4+>：YAG被動調Q的綠激光脈寬控制特性進行了研究，考慮激活介質的薄透鏡效應，利用ABCD矩陣理論，首次給出了直腔和三鏡折疊腔中振蕩光光斑半徑隨泵浦功率、泵浦光半徑以及在激光腔內(nèi)不同位置的變化關系，運用速率方程新模型獲得了脈

16、寬與振蕩光和泵浦光光斑大小之間的關系，從而首次從理論上直接證明了改變飽和吸收體在激光腔內(nèi)的位置及泵浦光束腰在激活介質中的位置能有效地對脈寬進行控制。 Ⅳ首次實現(xiàn)了LD泵浦Nd：Yv0<,4>晶體、聲光一Cr<'4+>：YAG雙調Q和Nd：GdV0<,4>晶體、聲光一GaAs主被動調Q及Nd：Gdv0<,4>晶體、Cr<'4+>：YAG—GaAs雙被動調Q和Nd：YV0<,4>/KTP、聲光一GaAs雙調Q激光運轉，并對雙調

17、Q激光的脈寬壓縮特性以及脈沖對稱性進行了研究，考慮腔內(nèi)光子數(shù)密度、激活介質反轉粒子數(shù)密度和泵浦光的橫向與縱向分布，首次給出了描述雙調Q激光運轉特性的速率方程模型，數(shù)值求解方程的理論計算值與實驗結果相符。 Ⅴ首次利用PPKTP作為倍頻晶體，對LD泵浦Nd：YV0<,4>晶體、Cr<'4+>：YAG和GaAs被動調Q及聲光調Q綠激光特性進行了系統(tǒng)的理論和實驗研究，將二次諧波轉換視為諧振腔的一種非線性損耗，首次將準相位匹配理論和速