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LD泵浦全固化V:YAG被动调Q激光特性研究

徐超  
【摘要】:激光二极管(LD)泵浦的固体激光器是当前既热门又重要的一个激光器研究领域。相比其他种类的激光器而言,这种激光器具有全固化、结构简单、寿命长、稳定性强、泵浦效率高等优点,在激光通讯、光信息处理、军事装备、激光医疗、工业加工等领域有广泛的应用前景。 本论文的主要研究内容为LD泵浦的全固化V:YAG被动调Q激光特性。采用光纤耦合输出的激光二极管作为泵浦源,用Nd:GdVO4、Nd:GdxY1-xVO4晶体作为激光工作物质,分别研究了饱和吸收体V:YAG被动调Q激光的脉冲输出特性,以及加入晶体KTP后的被动调Q倍频激光输出特性。同时,对Nd:GdVO4基频激光器中因热透镜效应引起的脉冲重复率随泵浦功率先增加后减小的现象进行了理论解释,并运用速率方程理论对Nd:GdVO4激光器的被动调Q倍频激光输出特性进行了理论分析。 论文的研究工作包括: 1.实现了LD泵浦Nd:GdVO4晶体、V:YAG被动调Q的1342nm激光运转,其中饱和吸收体V:YAG的小信号透过率为96%,通过实验测量了不同输出耦合镜透过率及泵浦功率下的平均输出功率、脉冲宽度、脉冲重复率、单脉冲能量和峰值功率这些表示激光器性能的参数的值。另外,通过理论计算对实验中出现的因热透镜效应引起的脉冲重复率随泵浦功率变化的反常现象进行了合理的解释。 2.采用三镜折叠腔结构,实现了LD泵浦Nd:GdVO4晶体、KTP腔内倍频、V:YAG被动调Q的671nm红激光输出,对不同V:YAG小信号透过率、不同泵浦功率下的平均输出功率、脉冲宽度、脉冲重复率、单脉冲能量和峰值功率进行了测量。另外,在考虑腔内光子数密度的横向与纵向分布以及泵浦光、激活介质反转粒子数密度和饱和吸收体基态粒子数密度的横向空间分布的情况下,将二次谐波转换视为基频光的一种非线性损耗,利用速率方程理论对该激光器的倍频脉冲输出特性进行了理论模拟。 3.使用混晶Nd:GdxY1-xVO4作为激光工作物质,实现了LD泵浦V:YAG被动调Q的1342nm激光输出,以及LD泵浦KTP腔内倍频、V:YAG被动调Q的671nm红激光输出。基频情况下,对混晶中元素Gd与Y四种不同比例时的激光器输出性能进行了实验测量与比较;倍频情况下,对元素Gd与Y两种不同比例时的激光器输出性能进行了实验测量与比较。 论文的主要创新点: 1.首次在饱和吸收体V:YAG的小信号透过率高达96%的情况下,实现了LD泵浦Nd:GdVO4被动调Q的1342nm激光输出;并从理论上解释了实验中出现的因热透镜效应引起的脉冲重复率随泵浦功率先增加后减小的反常现象。 2.采用三镜折叠腔结构,首次对LD泵浦Nd:GdVO4晶体、KTP腔内倍频、V:YAG被动调Q红光激光器的脉冲输出性能进行了理论与实验研究,速率方程的数值解与实验结果相符。 3.首次实现了LD泵浦混晶Nd:GdxY1-xVO4(x=0.19和0.83)、KTP腔内倍频、V:YAG被动调Q激光器671nm波长下的红激光输出,并对混晶中元素Gd与Y比例不同时的激光器输出性能进行了实验测量与比较。


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