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全固态调Q激光器关键性能参数的优化

李德春  
【摘要】: 全固态调Q激光器具有全固化、体积小、泵浦效率高等特点,在激光通讯、遥感探测、工业加工、军事、医疗等领域有着广泛的应用前景,受到人们极大的关注。 本论文根据全固态调Q激光的运转特性,分别建立了掺Cr~(4+)饱和吸收体被动调Q、GaAs被动调Q以及声光主动调Q等单调Q激光器的归一化速率方程新模型,建立了声光一掺Cr~(4+)饱和吸收体和声光—GaAs主被动双调Q以及掺Cr~(4+)饱和吸收体—GaAs双被动调Q等双调Q激光器的归一化速率方程新模型;运用新的速率方程模型对以上几种全固态调Q激光的脉冲能量、峰值功率及脉冲宽度等输出特性做了优化研究,得出了其在输出特性最佳化条件下的关键性能参数,并在实验中得到了验证。得出的最佳化参数对全固态调Q激光器的设计具有重要的参考价值。 论文的主要研究工作及创新点包括: Ⅰ在同时考虑GaAs饱和吸收体的单光子吸收和双光子吸收的情况下,首次建立了描述GaAs被动调Q激光运转特性的归一化速率方程新模型,并利用Lagrange常数法对GaAs被动调Q激光器的脉冲能量以及峰值功率做了最佳化研究,给出了其最佳脉冲能量和峰值功率与输出镜的反射率和GaAs的小信号透过率之间的关系;测量了LD泵浦GaAs被动调Q Nd:YVO_4激光在一定泵浦功率下不同输出镜反射率、不同GaAs小信号透过率的单脉冲能量、峰值功率,并对实验结果与理论结果进行了比较,最佳化结果与实验结果相符。(第二章) Ⅱ在考虑主动调Q开关的开关时间的情况下,首次给出了慢主动调Q激光器的归一化速率方程新模型,对慢主动调Q激光器的脉冲能量做了最佳化研究,给出了其最佳脉冲能量与输出镜的反射率和主动调Q开关的开关时间之间的关系,并给出了在最佳输出能量情况下的峰值功率和脉冲宽度。(第三章) Ⅲ对LD泵浦掺Cr~(4+)饱和吸收体被动调Q激光进行了理论和实验研究,在考虑腔内光子数密度以及激活介质反转粒子数密度、饱和吸收体基态粒子数密度和泵浦光的横向Gaussian空间分布情况下,首次建立了描述LD泵浦掺Cr~(4+)饱和吸收体被动调Q激光运转特性的归一化速率方程新模型,并首次运用该模型对掺Cr~(4+)饱和吸收体被动调Q激光器的脉冲能量、峰值功率以及脉冲宽度做了最佳化研究,给出了其最佳性能参数与激活介质、掺Cr~(4+)饱和吸收体、光子数空间分布以及谐振腔的关系;测量了LD泵浦Cr~(4+):YAG被动调Q Nd:YVO_4激光在一定泵浦功率下不同输出镜反射率、不同Cr~(4+):YAG小信号透过率的单脉冲能量、峰值功率以及脉冲宽度,并对实验结果与理论结果进行了比较。(第四章) Ⅳ对LD泵浦声光—掺Cr~(4+)饱和吸收体主被动双调Q激光进行了理论和实验研究,考虑腔内光子数密度以及激活介质反转粒子数密度、饱和吸收体基态粒子数密度和泵浦光的横向Gaussian空间分布,并且考虑声光调Q开关的开关时间,首次给出了描述声光—掺Cr~(4+)饱和吸收体主被动双调Q激光脉冲输出性能的归一化速率方程新模型,对声光—掺Cr~(4+)饱和吸收体主被动双调Q激光器的脉冲能量、峰值功率做了最佳化研究,给出了其最佳性能参数与激活介质、掺Cr~(4+)饱和吸收体、光子数空间分布以及谐振腔的关系;测量了LD泵浦声光—掺Cr~(4+)饱和吸收体主被动双调Q Nd:YVO_4激光在一定泵浦功率下不同输出镜反射率、不同掺Cr~(4+)饱和吸收体小信号透过率的单脉冲能量、峰值功率以及脉冲宽度,并对实验结果与理论结果进行了比较;最佳化结果与实验结果相符。(第五章) Ⅴ对LD泵浦声光—GaAs主被动双调Q激光进行了理论和实验研究,考虑腔内光子数密度以及激活介质反转粒子数密度、饱和吸收体基态粒子数密度和泵浦光的横向Gaussian空间分布,考虑声光调Q开关的开关时间,并且同时考虑GaAs饱和吸收体的单光子吸收和双光子吸收的情况下,首次给出了描述声光—GaAs主被动双调Q激光脉冲输出性能的归一化速率方程模型,对声光—GaAs主被动双调Q激光器的脉冲能量做了最佳化研究,给出了其最佳性能参数与激活介质、GaAs饱和吸收体、光子数空间分布以及谐振腔的关系;测量了LD泵浦声光—GaAs主被动双调Q Nd:YVO_4激光在一定泵浦功率下不同输出镜反射率、不同GaAs小信号透过率的单脉冲能量、峰值功率以及脉冲宽度,并对实验结果与理论结果进行了比较;最佳化结果与实验结果相符。(第六章) Ⅵ对LD泵浦掺Cr~(4+)饱和吸收体—GaAs双被动调Q激光进行了理论和实验研究,考虑腔内光子数密度以及激活介质反转粒子数密度、饱和吸收体基态粒子数密度和泵浦光的横向Gaussian空间分布,同时考虑GaAs饱和吸收体的单光子吸收和双光子吸收的情况下,首次给出了描述掺Cr~(4+)饱和吸收体—GaAs双被动调Q激光脉冲输出性能的归一化速率方程模型,对掺Cr~(4+)饱和吸收体—GaAs双被动调Q激光器的脉冲宽度做了最佳化研究,给出了其最佳性能参数与激活介质、掺Cr~(4+)饱和吸收体、GaAs饱和吸收体、光子数空间分布以及谐振腔的关系;测量了LD泵浦掺Cr~(4+)饱和吸收体—GaAs双被动调Q Nd:YVO_4激光在一定泵浦功率下不同输出镜反射率、不同掺Cr~(4+)饱和吸收体以及GaAs饱和吸收体小信号透过率的单脉冲宽度,并对实验结果与理论结果进行了比较;最佳化结果与实验结果相符。(第七章)


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