全固態(tài)雙調(diào)Q鎖模激光特性和激光穩(wěn)定特性研究.pdf

1、激光二極管(LaserDiode)泵浦的全固態(tài)調(diào)Q鎖模激光器，由于具有結(jié)構(gòu)簡單、轉(zhuǎn)換效率高、輸出脈沖穩(wěn)定、光束質(zhì)量高等優(yōu)點，在激光測距、微機械加工、全光網(wǎng)絡、光纖通信和激光醫(yī)療等重要領(lǐng)域具有廣闊的應用前景，成為激光界的研究熱點。
　　 本論文采用光纖耦合輸出的半導體激光器作為泵浦源，用Nd∶LuVO4、Nd∶GdVO4和Nd∶Lu0.15Y0.85VO4晶體作為增益介質(zhì)，利用AO(acousto-optic)-GaAs組合、AO

2、-Cr4+∶YAG組合和AO-V3+∶YAG組合分別研究了1064nm和1342nm波段主被動雙損耗調(diào)制的調(diào)Q鎖模激光輸出特性;利用KTP晶體作為倍頻晶體，研究了相應的雙損耗調(diào)制的調(diào)Q鎖模綠激光特性;利用電光調(diào)制器作為腔內(nèi)主動調(diào)制器件，分別研究了EO(electro-optic)-GaAs和EO-SESAM(semiconductorsaturableabsorbermirror)雙損耗調(diào)制的調(diào)Q鎖模激光輸出特性;利用混合晶體作為增益介

3、質(zhì)，采用單壁碳納米管飽和吸收體(SWCNT-SA)作為被動調(diào)制器件，分別研究了AO/SWCNT-SA和EO/SWCNT-SA雙損耗調(diào)制調(diào)Q鎖模1064nm激光輸出特性，以及AO/SWCNT-SA/KTP調(diào)Q鎖模內(nèi)腔倍頻532nm輸出特性。其主要內(nèi)容可以概括為:
　　 Ⅰ.利用Nd∶LuVO4晶體作為增益介質(zhì)，分別研究了GaAs單被動調(diào)Q鎖模激光特性和AO單主動調(diào)Q鎖模激光特性;繼而將主被動兩種調(diào)制結(jié)合起來，研究了AO/GaAs雙

4、損耗調(diào)制的調(diào)Q鎖模激光特性。研究結(jié)果表明，與GaAs單被動調(diào)Q鎖模激光相比，雙損耗調(diào)制的調(diào)Q鎖模激光的脈沖寬度更窄、脈沖能量更高、穩(wěn)定性更強;考慮聲光晶體損耗和聲光調(diào)制器對初始反轉(zhuǎn)粒子數(shù)的影響，建立了描述AO/GaAs雙損耗調(diào)制的調(diào)Q鎖模激光特性的速率方程組，相關(guān)數(shù)值模擬的理論值與實驗結(jié)果相符。(§2.2、§2.3、§2.4)
　　 Ⅱ.利用Nd∶GdVO4作為泵浦介質(zhì)，KTP晶體作為腔內(nèi)倍頻晶體，實現(xiàn)了AO/GaAs雙損耗調(diào)制

5、調(diào)Q鎖模綠激光穩(wěn)定輸出;與GaAs單被動調(diào)Q鎖模綠激光相比，雙損耗調(diào)制調(diào)Q鎖模激光有效地壓縮了脈沖寬度，提高了脈沖穩(wěn)定性，增大了脈沖能量和峰值功率;考慮聲光調(diào)制器和KTP倍頻晶體的影響，給出了描述AO/GaAs雙損耗調(diào)制Nd∶GdVO4調(diào)Q鎖模綠激光的速率方程組，理論模擬值與實驗結(jié)果相同。(§2.5)
　　 Ⅲ.以Cr4+∶YAG可飽和吸收體為被動調(diào)制元件，實現(xiàn)了1064nm波段AO/Cr4∶YAG雙損耗調(diào)制和532nm波段AO

6、/Cr4+∶YAG/KTP內(nèi)腔倍頻綠光的調(diào)Q鎖模輸出;通過對AO調(diào)制器調(diào)制頻率、Cr4+∶YAG小信號透過率和輸出鏡反射率的選擇，獲得了最佳脈沖輸出;考慮聲光調(diào)制的影響，建立了高斯近似下AO/Cr4+∶YAG雙損耗調(diào)制的調(diào)Q鎖模綠光輸出耦合方程組，并對實驗結(jié)果進行了模擬;利用建立的理論模型，單獨研究了聲光關(guān)斷時間對AO/Cr4+∶YAG雙損耗調(diào)制綠激光輸出的脈沖寬度和能量的影響。(§3.1、§3.2)
　　 Ⅳ.采用四鏡折疊腔結(jié)

7、構(gòu)，將聲光調(diào)制器和V3+∶YAG可飽和吸收體結(jié)合起來，實現(xiàn)了1342nm波段的Nd∶GdVO4雙調(diào)Q鎖模激光輸出;根據(jù)光強起伏機制，給出了描述AO/V3+∶YAG雙損耗調(diào)制調(diào)Q鎖模激光的速率方程組，并進行了理論模擬，理論模擬結(jié)果與實驗值吻合。(§3.3)
　　 Ⅴ.利用電光調(diào)制器，研究了EO/GaAs雙損耗調(diào)制Nd∶Lu0.2Y0.8VO4調(diào)Q鎖模激光特性;分別使用不同的EO調(diào)制頻率、GaAs小信號透過率和輸出鏡反射率，研究了輸

8、出激光的運轉(zhuǎn)規(guī)律，獲得了最佳輸出;考慮電光開關(guān)引入的損耗和電光調(diào)制頻率對初始反轉(zhuǎn)粒子數(shù)的影響，給出了描述EO/GaAs雙損耗調(diào)制調(diào)Q鎖模激光的速率方程組，并利用該方程組進行數(shù)值模擬計算。(§4.2)
　　 Ⅵ.利用電光調(diào)制器和中間鏡式SESAM作為主被動調(diào)制器件，實現(xiàn)了基于雙損耗調(diào)制的亞納秒脈沖的穩(wěn)定輸出;所得調(diào)Q包絡的寬度小于光子在腔內(nèi)的往返時間，單個調(diào)Q包絡中只剩一個鎖模脈沖，鎖模脈沖重復率和調(diào)Q包絡重復率一致，都等于電光調(diào)

9、制頻率;其峰值功率大幅度提高。(§4.3)
　　 Ⅶ.分別使用Nd∶YVO4，Nd∶LuVO4，Nd∶Lu0.2Y0.8VO4和Nd∶Gd0.3Lu0.33Y0.37VO4晶體作為增益介質(zhì)，在相同的諧振腔中，研究了AO/SWCNT-SA雙損耗調(diào)制調(diào)Q鎖模激光的輸出特性。實驗結(jié)果顯示，由于三摻混晶Nd∶Gd0.3Lu0.33Y0.37VO4具有寬的熒光線寬，雙損耗調(diào)制Nd∶Gd0.3Lu0.33Y0.37VO4激光脈沖具有最高的脈

10、沖能量和最短的脈沖寬度。(§5.1)
　　 Ⅷ.實現(xiàn)了Nd∶Gd0.3Lu0.33Y0.37VO4混合晶體EO/SWCNT-SA雙損耗調(diào)制調(diào)Q鎖模激光1.06μm運轉(zhuǎn)。與傳統(tǒng)的摻釹釩酸鹽晶體相比，Nd∶Gd0.3Lu0.33Y0.37VO4由于具有更寬的熒光線寬和更小的受激發(fā)射截面積，獲得的激光脈沖具有更窄的脈沖寬度、更大的脈沖能量及更高的峰值功率。(§5.2)
　　 Ⅸ.利用三鏡折疊腔結(jié)構(gòu)，結(jié)合KTP腔內(nèi)倍頻技術(shù)，實現(xiàn)

11、了AO/SWCNT-SA雙損耗調(diào)制調(diào)Q鎖模Nd∶Lu0.15Y0.85VO4綠光輸出，與單被動調(diào)制調(diào)Q鎖模綠激光相比，雙損耗調(diào)制調(diào)Q鎖模綠激光脈沖具有更短的脈沖寬度、更大的脈沖能量、更高峰值功率和更強的穩(wěn)定性。(§5.3)
　　 論文的主要創(chuàng)新工作包括:
　　 Ⅰ.首次實現(xiàn)了AO/GaAs雙損耗調(diào)制調(diào)Q鎖模1064nm和KTP內(nèi)腔倍頻532nm綠激光穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，與單損耗調(diào)制激光相比，雙損耗調(diào)制激光脈沖脈沖更窄、能量更高、穩(wěn)

12、定性更強;建立了描述AO/GaAs雙損耗調(diào)制的調(diào)Q鎖模激光基頻和倍頻輸出特性的速率方程組，數(shù)值模擬的理論值與實驗結(jié)果相符。
　　 Ⅱ.首次研究了AO/Cr4+∶YAG雙調(diào)Q鎖模1064nm和AO/Cr4+∶YAG/KTP內(nèi)腔倍頻532nm激光的輸出特性和激光穩(wěn)定特性;給出了描述532nmAO/Cr4+∶YAG雙損耗調(diào)制綠光輸出的速率方程組;通過理論模型，首次研究了聲光關(guān)斷時間對AO/Cr4+∶YAG雙損耗調(diào)制綠光輸出的脈沖寬度和

13、能量的影響。
　　 Ⅲ.利用V3+∶YAG飽和吸收體和聲光調(diào)制器，首次實現(xiàn)了1342nm波段的Nd∶GdVO4雙損耗調(diào)制的調(diào)Q鎖模激光輸出，與單V3+∶YAG被動調(diào)Q鎖模激光相比，雙調(diào)Q鎖模改善了激光的輸出特性、提高了脈沖的穩(wěn)定性;根據(jù)光強起伏機制，首次給出了1342nm波段雙損耗調(diào)制調(diào)Q鎖模激光的速率方程組，并進行了數(shù)值模擬。
　　 Ⅳ.首次實現(xiàn)了EO/GaAs雙損耗調(diào)制調(diào)Q鎖?；炀Ъす膺\轉(zhuǎn);分別應用不同的EO調(diào)制頻率

14、、GaAs小信號透過率和輸出鏡反射率，研究了激光輸出特性，從而獲得了最佳脈沖輸出;考慮電光開關(guān)引入的損耗和電光調(diào)制頻率對初始反轉(zhuǎn)粒子數(shù)的影響，首次給出了描述EO/GaAs雙損耗調(diào)制調(diào)Q鎖模激光的速率方程組，理論模擬結(jié)果與實驗值相符。
　　 V.利用電光調(diào)制器和中間鏡式SESAM作為主被動調(diào)制器件，首次實現(xiàn)了亞納秒脈沖的穩(wěn)定輸出，此時單個調(diào)Q包絡中只剩一個鎖模脈沖，鎖模脈沖重復率和調(diào)Q包絡重復率一致，都等于電光調(diào)制頻率;與普通雙損