被動(dòng)調(diào)Q與鎖模Tm-YAP激光器的理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、半導(dǎo)體激光器泵浦Tm:YAP固體激光器的輸出波長(zhǎng)位于2μm波段，在環(huán)境監(jiān)測(cè)、光電對(duì)抗、醫(yī)療等方面有廣泛的應(yīng)用。本論文從理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面對(duì)連續(xù)波（CW）、被動(dòng)調(diào)Q（PQS）和被動(dòng)調(diào)Q鎖模（PQML）運(yùn)轉(zhuǎn)的Tm:YAP激光器進(jìn)行了研究。
　　在理論方面，主要進(jìn)行了以下三方面的工作。首先，為了獲得腔內(nèi)激光模半徑的分布，方便快捷的設(shè)計(jì)各種激光器諧振腔，根據(jù)ABCD矩陣?yán)碚摼幹屏恕肮腆w激光器諧振腔計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件V1.0”。其次，根據(jù)速

2、率方程理論分別建立了CW、PQS和PQML激光器模型，編制了“固體激光器輸出特性仿真軟件V1.0”，利用該軟件可以方便的從理論上分析出CW，PQS和PQML運(yùn)轉(zhuǎn)激光器的輸出激光功率、能量和脈沖的時(shí)間特性。最后，為了分析晶體熱效應(yīng)對(duì)激光輸出功率、效率、長(zhǎng)腔的穩(wěn)定性等的影響，本論文首次建立了連續(xù)波泵浦的具有解析形式的含時(shí)熱分析模型，同時(shí)首次推導(dǎo)并提出了熱貢獻(xiàn)系數(shù)和應(yīng)力貢獻(xiàn)系數(shù)的概念，并根據(jù)此模型編制了“激光晶體熱分析仿真軟件V1.0”。此外

3、，利用該軟件對(duì)泵浦功率30W條件下半徑為2mm的Tm:YAP晶體進(jìn)行了動(dòng)態(tài)熱分析，結(jié)果表明晶體端面的熱彌散時(shí)間常數(shù)約0.78s，但與晶體的半徑參數(shù)無(wú)關(guān)，該晶體的熱貢獻(xiàn)系數(shù)值為1.29K/W，晶體內(nèi)最高溫度達(dá)326K，最大應(yīng)力強(qiáng)度位于晶體端面的邊緣處為10.2MPa。熱分析結(jié)果還表明應(yīng)力強(qiáng)度越靠近端面中心就會(huì)越快的達(dá)到穩(wěn)態(tài)，而且穩(wěn)態(tài)時(shí)相應(yīng)的應(yīng)力強(qiáng)度也越小，并通過Tm:YAP的破裂極限推得在應(yīng)力貢獻(xiàn)系數(shù)為0.34 MPa/W條件下該晶體的最

4、大可允許泵浦功率為471W。
　　在實(shí)驗(yàn)方面，主要開展了以下四個(gè)實(shí)驗(yàn)。一是測(cè)量熱焦距實(shí)驗(yàn)，在泵浦功率16~34W時(shí)實(shí)驗(yàn)測(cè)量Tm:YAP的熱焦距約為90～40mm，與“激光晶體熱分析仿真軟件V1.0”的仿真結(jié)果一致，仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明連續(xù)波泵浦的具有解析形式的含時(shí)熱分析模型可以很好的反映晶體的瞬態(tài)熱和應(yīng)力的變化。二是CW運(yùn)轉(zhuǎn)Tm:YAP激光器實(shí)驗(yàn)，詳細(xì)研究了LD的工作溫度、腔長(zhǎng)、輸出鏡透過率對(duì)激光輸出特性的影響，驗(yàn)證了透鏡補(bǔ)償法和平

5、凹鏡補(bǔ)償法兩種熱透鏡補(bǔ)償方案。利用“固體激光器輸出特性仿真軟件V1.0”對(duì)激光器CW輸出性能進(jìn)行了模擬，搭建了L型腔激光器，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真的斜率效率均為34％，但仿真的閾值（6.35W）要比實(shí)際值小1.07W，分析了二者不一致的原因，最后驗(yàn)證了CW運(yùn)轉(zhuǎn)激光器模型的正確性。三是PQS實(shí)驗(yàn)，首次實(shí)現(xiàn)了LD泵浦用InGaAs/GaAs做飽和吸收體的雙波長(zhǎng)(1940nm和1986nm)輸出的PQS Tm:YAP激光器。通過選擇吸收體合適的位置，