LD泵浦調(diào)Q鎖模激光理論及實驗的研究.pdf

1、激光二極管泵浦的全固態(tài)激光器因具有結構緊湊、效率高、熱效應小、穩(wěn)定性高、壽命長、光束質(zhì)量好、工作介質(zhì)覆蓋的波段范圍廣及運轉方式多樣化等優(yōu)點，在材料加工、軍事、醫(yī)療、空間通訊、光顯示、光互聯(lián)、光信息處理和科研等領域得到廣泛的應用，成為目前激光領域的研究熱點。 激光晶體增益介質(zhì)是激光器的核心部件，它的光譜和物理特性決定了激光器系統(tǒng)的整體設計和輸出特性。其中摻釹離子的激光晶體由于吸收波長在808nm附近，適合于半導體激光器抽運，作為增

2、益介質(zhì)得到了廣泛研究。本論文采用光纖耦合輸出的激光二極管作泵浦源，用Nd：YVO4、Nd：GdVO4和Nd：LuVO4晶體作為激光工作物質(zhì)，利用Cr：YAG、LT-GaAs、SESAMs和V：YAG的飽和吸收特性，分別實現(xiàn)了1．06μm和1．34μm波段的調(diào)Q鎖模激光運轉；用Nd：GdVO4晶體作為激光工作物質(zhì)和克爾介質(zhì)，實現(xiàn)了Nd：GdVO4自鎖模激光運轉；利用KTP的二階級聯(lián)非線性（cascaded second-order non

3、linearity）和倍頻特性實現(xiàn)了綠光自調(diào)Q鎖模激光運轉；用聲光Q開關（AO）作為穩(wěn)定元件，分別實現(xiàn)了Nd：GdVO41．06μm和Nd：GdVO4/KTP0．53μm主動調(diào)Q鎖模激光運轉；利用AO-Cr：YAG組合研究了主被動雙調(diào)O鎖模激光的脈沖輸出特性；同時，運用高斯近似下的速率方程組對以上調(diào)Q鎖模激光的運轉特性進行了理論模擬。論文的主要研究工作包括： Ⅰ分析了Cr：YAG可飽和吸收體的調(diào)Q鎖模原理，利用光強起伏機制及調(diào)Q

4、速率方程模型，給出了高斯分布近似下描述Cr：YAG調(diào)Q鎖模運轉特性的速率方程組；在折疊腔內(nèi)實現(xiàn)了LD泵浦c-cut Nd：GdVO41．06μm及KTP腔內(nèi)倍頻0．53μm激光運轉，并利用調(diào)Q鎖模速率方程組模擬了該激光器的動力學過程。（§2．2） Ⅱ采用LD泵浦Nd：GdVO4晶體，以V：YAG晶體為可飽和吸收體，實現(xiàn)了三鏡折疊腔1．34μm調(diào)Q鎖模激光運轉，研究了1．3μm調(diào)Q鎖模激光的輸出特性；利用可飽和吸收體調(diào)Q鎖模模型，

5、在高斯分布近似下給出了描述V：YAG調(diào)Q鎖模運轉特性的速率方程組，數(shù)值模擬與實驗結果相符。（§2．3） Ⅲ采用三鏡折疊腔結構，以LT-GaAs為可飽和吸收體，實現(xiàn)了LD泵浦Nd：LuVO41．06μm及Nd：GdVO4/KTP腔內(nèi)倍頻0．53μm被動調(diào)Q鎖模激光運轉；考慮GaAs雙光子吸收，給出了高斯分布下描述LT-GaAs被動調(diào)Q鎖模運轉的速率方程組，并利用該模型對實驗結果進行了理論模擬。（§3．2） Ⅳ以中間鏡式SE

6、SAMs為可飽和吸收體，實現(xiàn)了LD泵浦被動調(diào)Q鎖模Nd：GdVO4/KTP腔內(nèi)倍頻0．53μm激光運轉；考慮SESAMs可飽和吸收體的飽和損耗，給出了高斯分布下描述SESAMs被動調(diào)Q鎖模運轉的速率方程組，數(shù)值求解所得結果與實驗結果相符。（§3．3） Ⅴ實現(xiàn)了自調(diào)Q自鎖模Nd：GdVO4激光運轉，在折疊腔內(nèi)沒有任何額外元件的情況下，得到了較穩(wěn)定的激光脈沖輸出；把c-cut Nd：GdVO4激光晶體和軟光闌等效為快飽和吸收體，考慮

7、克爾介質(zhì)的非線性傳輸矩陣，根據(jù)光束在光腔內(nèi)往返傳播的ABCD法則和光強起伏機制，給出了克爾透鏡鎖模激光脈沖輸出性能的速率方程模型，得到了與實驗結果近似的理論計算值。（§4．2） Ⅵ考慮KTP的二階級聯(lián)非線性特性的影響，并考慮激光晶體的克爾效應，建立了描述LD泵浦Nd：GdVO4腔內(nèi)倍頻綠光自調(diào)Q自鎖模運轉特性的速率方程新模型；實驗上分別實現(xiàn)了LD泵浦a-cut和c-cut Nd：GdVO4/KTP自調(diào)Q自鎖模0．53μm激光運轉

8、，數(shù)值求解Nd：GdVO4/KTP自調(diào)Q自鎖模速率方程組所得的理論值與實驗結果基本相符。（§4．3） Ⅶ利用聲光調(diào)Q開關，考慮Nd：GdVO4晶體的克爾效應和聲光開關的關斷時間對脈沖特性的影響，在高斯分布近似下建立了描述克爾鎖模激光運轉特性的速率方程模型；實驗上利用折疊腔實現(xiàn)了Nd：GdVO4/AO1．06μm和Nd：GdVO4/AO KTP腔內(nèi)倍頻0．53μm自調(diào)Q鎖模激光的穩(wěn)定運轉，測量了不同聲光調(diào)制頻率下，激光平均輸出功率

9、、脈沖能量等隨泵浦功率的變化關系，數(shù)值求解Nd：GdVO4基頻和KTP倍頻自調(diào)Q自鎖模速率方程組所得的理論值與實驗結果近似。（§5．1、§5．2） Ⅷ實現(xiàn)了LD泵浦Nd：GdVO4晶體AO-Cr：YAG主被動調(diào)Q鎖模激光運轉，通過在激光腔內(nèi)插入一個聲光調(diào)制器，Nd：GdVO4被動調(diào)Q鎖模激光器的穩(wěn)定性得到了很好的加強，測量并比較了聲光調(diào)制器打開前后兩種狀態(tài)下的激光特性；考慮聲光關斷時間及調(diào)制頻率的影響，給出了描述主被動雙調(diào)Q鎖模

10、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。（§5．3） 論文的主要創(chuàng)新工作包括： Ⅰ首次給出了高斯分布近似下Cr：YAG調(diào)Q鎖模速率方程理論，并首次實現(xiàn)了LD泵浦c-cut Nd：GdVO4晶體Cr：YAG調(diào)Q鎖模1．06μm和KTP內(nèi)腔倍頻0．53μm激光運轉，理論模擬與實驗結果相符。 Ⅱ利用KTP作為倍頻晶體，首次對LD泵浦c-cut Nd：GdVO4晶體、LT-GaAs被動調(diào)Q鎖模

11、綠激光運轉特性進行了系統(tǒng)的理論和實驗研究；利用高斯分布近似下的速率方程模型，給出了LT-GaAs調(diào)Q綠光鎖模速率方程理論模型，理論模擬結果重現(xiàn)了調(diào)Q鎖模運轉的輸出特性。 Ⅲ首次實現(xiàn)了Nd：GdVO4自鎖模激光的穩(wěn)定運轉：利用聲光調(diào)Q開關，得到了穩(wěn)定的鎖模脈沖，考慮Nd：GdVO4晶體的克爾效應和聲光開關的關斷時間對脈沖特性的影響，在高斯分布近似下建立了描述克爾鎖模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近

12、。 Ⅳ首次考慮KTP的二階級聯(lián)非線性特性的影響，和激光晶體的克爾效應，建立了描述LD泵浦Nd：GdVO4腔內(nèi)倍頻綠激光自調(diào)Q自鎖模運轉特性的速率方程新模型，理論分析與實驗結果基本相符。 Ⅴ首次實現(xiàn)了LD泵浦Nd：GdVO4晶體AO-Cr：YAG主被動調(diào)Q鎖模激光運轉，考慮腔內(nèi)光子數(shù)密度、激活介質(zhì)反轉粒子數(shù)密度和泵浦光的橫向與縱向分布和聲光關斷時間及調(diào)制頻率的影響，給出了描述雙調(diào)Q鎖模激光運轉特性的速率方程模型，得到了與實