基于體布拉格光柵預(yù)激光調(diào)Q高功率單縱模DPSSL研究.pdf

1、全球大氣風(fēng)場的測量具有重要的經(jīng)濟和社會意義,測風(fēng)激光雷達得到廣泛應(yīng)用。測風(fēng)激光雷達要求使用高功率全固化單縱模穩(wěn)頻激光器。針對多普勒測風(fēng)激光雷達對激光光源的要求,采用預(yù)激光調(diào)Q和反射式體布拉格光柵技術(shù)設(shè)計了高功率單縱模DPSSL激光器。本文從理論分析和實驗研究兩個方面對反射式體布拉格光柵耦合輸出的預(yù)激光調(diào)Q大功率單縱模激光器進行研究和探索。
　　在激光諧振腔半經(jīng)典理論基礎(chǔ)上，考慮具有完全匹配初始激光場,以及反射式體布拉格光柵色散特性

2、對模式競爭的影響,建立了基于反射式體布拉格光柵預(yù)激光調(diào) Q高功率單縱模 DPSSL動力學(xué)理論模型。在此基礎(chǔ)上，理論研究了有無反射式體布拉格光柵和有無預(yù)激光條件下,激光諧振腔內(nèi)各縱模光強變化、相鄰縱模光強隨中心縱模光強變化;中心縱模光強在不同反轉(zhuǎn)粒子數(shù)和不同預(yù)激光強度時的變化規(guī)律,結(jié)果表明了反射式體布拉格光柵和預(yù)激光技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)有效的單縱模選擇和獲得高功率激光輸出。理論研究了端面連續(xù)泵浦時,不同的泵浦功率與閾值泵浦功率比值和調(diào)Q重復(fù)頻率對

3、腔內(nèi)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)和調(diào)Q輸出光強的影響。理論模擬了不同光柵參數(shù)下的反射式體布拉格光柵對單色激光的波長選擇靈敏度,建立了非單色激光與其相互作用模型,分析了激光譜線中心波長和光譜寬度對衍射效率的影響,為選擇合適的反射式體布拉格光柵參數(shù)提供了理論依據(jù)。
　　實驗上研究了反射式體布拉格光柵色散特性在單縱模激光器中的應(yīng)用。將反射式體布拉格光柵置于傳統(tǒng)閃光燈泵浦Nd:YAG單縱模激光諧振腔中作為耦合輸出鏡,研究了不同初始透過率 Cr4+:YAG被

4、動調(diào) Q時,獲得最大單縱模脈沖輸出能量為27-39mJ,脈寬為13ns-58ns,最大脈沖峰值功率2.35MW,最大能量輸出時頻率變化小于330MHz,其值小于該激光器的縱模間隔(451MHz)。實驗證明反射式體布拉格光柵容易獲得更高的單縱模激光能量和限制模式跳變。在激光頻率測量方面,采用了F-P標準具干涉面陣CCD成像的方法研究了激光頻率抖動。比較分析了四種算子函數(shù)對邊界過濾識別效果,針對非均勻強度干涉環(huán),Canny算子函數(shù)具有識別率

5、高邊緣圓滑等優(yōu)點,能夠有效減少計算誤差。選用20mm厚度的F-P和焦距為300mm聚焦透鏡,其最高頻率分辨率為5MHz。
　　結(jié)合短腔和反射式體布拉格光柵選單縱模特點,考慮到 LD端面泵浦激光介質(zhì)Nd:YAG溫度分布,設(shè)計了微通道散熱結(jié)構(gòu)和激光諧振腔機械調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu),保證了良好散熱和機械穩(wěn)定性。實驗上研究了端面泵浦短腔DPSSL單縱模激光輸出特性,獲得最大單縱模輸出功率為622.15mW,5s內(nèi)頻率抖動范圍約為200MHz,小于該激光

6、器縱模間隔(5.61GHz),M2值為1.3。研究了端面泵浦Nd:YAG單縱模激光的弛豫振蕩特性。激光器工作在閾值附近時,弛豫振蕩脈沖寬度為2μs,脈沖間隔為16μs。隨著泵浦功率增加,弛豫振蕩脈寬和間隔逐漸減小最后成穩(wěn)態(tài)連續(xù)輸出。
　　為了獲得更大的單縱模激光輸出功率,采用了反射式體布拉格光柵耦合輸出、端面泵浦和預(yù)激光調(diào)Q相結(jié)合的方式進行了預(yù)激光調(diào)Q單縱模DPSSL研究。通過可控電壓對激光腔內(nèi)損耗控制,使得端面泵浦DPSSL工作