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连续LD泵浦调Q技术研究

郭家喜  
【摘要】: 为了获得高重复频率、高平均输出功率的脉冲激光光源,本论文采用大功率连续LD列阵作泵浦源,Nd:YAG作工作物质,Cr~(4+):YAG作被动调Q晶体,对连续LD泵浦被动调O技术进行了理论和实验研究。 首先详细分析Cr~(4+):YAG晶体的光谱特性、能级结构及被动饱和吸收特性,通过数值求解的方法获得了Cr~(4+):YAG透射率与光功率密度的关系曲线。给出了连续LD泵浦被动调Q速率方程,以及阈值泵浦速率、单脉冲能量、峰值功率和脉冲宽度的表达式。通过数值求解的方法获得了单脉冲能量、峰值功率、脉宽与Cr~(4+):YAG初始透过率的关系曲线。依据ABCD矩阵理论分析和计算了谐振腔中高斯光束的模参数。 依据激光器增益确定了Cr~(4+):YAG晶体参数,设计了Cr~(4+):YAG晶体环形直接水冷结构,解决了大功率连续泵浦条件下Cr~(4+):YAG晶体容易炸裂的问题。 实验研究了LD注入电流、谐振腔腔长、Cr~(4+):YAG在腔内位置、Cr~(4+):YAG初始透过率对激光平均输出功率、重复频率、脉冲宽度及激光模式的影响。采用平平腔,初始透过率为91.52%的Cr~(4+):YAG晶体,在LD注入电流13A时,实现了平均功率7.30W、重复频率18.96kHz、脉宽196.30ns、TEM_(00)模的脉冲激光输出,光光转换效率为4.90%,调Q动静比为66.97%。采用平凸腔,使用初始透过率为83.69%的Cr~(4+):YAG晶体,在LD注入电流12A时,实现了单脉冲能量2.46mJ、平均功率10.40W、重复频率4.22kHz、脉宽101.00ns的脉冲激光输出,光光转换效率为7.60%;使用初始透过率为91.52%的Cr~(4+):YAG晶体,在LD注入电流12A时,实现了平均功率17.60W、重复频率14.17kHz、脉宽329.00ns的脉冲激光输出,光光转换效率为12.90%,调Q动静比为58.27%。


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