被動調(diào)Q與鎖模Tm-YAP激光器的理論與實驗研究.pdf

1、半導(dǎo)體激光器泵浦Tm:YAP固體激光器的輸出波長位于2μm波段，在環(huán)境監(jiān)測、光電對抗、醫(yī)療等方面有廣泛的應(yīng)用。本論文從理論和實驗兩個方面對連續(xù)波（CW）、被動調(diào)Q（PQS）和被動調(diào)Q鎖模（PQML）運轉(zhuǎn)的Tm:YAP激光器進行了研究。
　　在理論方面，主要進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)計各種激光器諧振腔，根據(jù)ABCD矩陣理論編制了“固體激光器諧振腔計算機輔助設(shè)計軟件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運轉(zhuǎn)激光器的輸出激光功率、能量和脈沖的時間特性。最后，為了分析晶體熱效應(yīng)對激光輸出功率、效率、長腔的穩(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熱分析模型，同時首次推導(dǎo)并提出了熱貢獻系數(shù)和應(yīng)力貢獻系數(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、，利用該軟件對泵浦功率30W條件下半徑為2mm的Tm:YAP晶體進行了動態(tài)熱分析，結(jié)果表明晶體端面的熱彌散時間常數(shù)約0.78s，但與晶體的半徑參數(shù)無關(guān)，該晶體的熱貢獻系數(shù)值為1.29K/W，晶體內(nèi)最高溫度達326K，最大應(yīng)力強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)力強度越靠近端面中心就會越快的達到穩(wěn)態(tài)，而且穩(wěn)態(tài)時相應(yīng)的應(yīng)力強度也越小，并通過Tm:YAP的破裂極限推得在應(yīng)力貢獻系數(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。
　　在實驗方面，主要開展了以下四個實驗。一是測量熱焦距實驗，在泵浦功率16~34W時實驗測量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，仿真與實驗結(jié)果表明連續(xù)波泵浦的具有解析形式的含時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運轉(zhuǎn)Tm:YAP激光器實驗，詳細研究了LD的工作溫度、腔長、輸出鏡透過率對激光輸出特性的影響，驗證了透鏡補償法和平

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