基于腔内调制的1.06微米脉冲串激光产生及放大特性研究

摘要

在光电子应用大发展的时代背景下，越来越多的领域对高重频大能量的脉冲激光具有巨大的需求。而常规的脉冲激光受平均功率的限制，难以兼顾实现高重复频率和大单脉冲能量输出。脉冲串激光以其易于实现高重频大能量的特性而越来越受到学术界的重视。国外少数的几家研究单位已对脉冲串激光的产生、输出特性开展了一系列研究工作，并积极探索其在激光诱导荧光诊断技术等领域的应用。相比之下，国内对于脉冲串激光的研究还很少，针对这种现状，本文开展了脉冲串激光的研究工作，利用腔内调制的手段实现脉冲串激光的灵活选取，并对选取出的脉冲串激光进行了高效放大，实现了一定时间范围内高重复频率与大单脉冲能量兼得的脉冲串激光输出。
　　本文首先简要介绍了Nd:YAG晶体，对于各种调Q方法进行了分析比较，建立了调 Q的速率方程并进行优化，获得了晶体能量提取效率，谐振腔输出能量，峰值输出功率，脉宽和输出镜最佳反射率的表达式，对后续实验进行很好的理论指导。其次，为指导脉冲串激光的放大工作，利用MATLAB软件对激光放大过程进行了仿真，分析了种子光能量密度、泵浦能量和放大增益系数对于放大效果的影响。最后，开展了基于腔内调制的脉冲串激光的实验研究。分别采用闪光灯侧泵方式和LD侧泵方式，结合腔内声光调 Q，实现了脉冲串激光的灵活选取。并将LD侧泵选取的脉冲串激光进行了放大。在选取的脉冲间隔100μs时，选取了2个脉冲，单脉冲能量85.2 mJ；在选取的脉冲间隔20μs时，选取了个12脉冲，单脉冲能量17.7mJ；在选取的脉冲间隔10μs时，选取了25个脉冲，单脉冲能量8.8 mJ，实验结果表明，脉冲串激光相比传统脉冲激光，具有一定时间内高重复频率与大单脉冲能量兼顾的优点。

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第1章 绪 论

1.1课题背景及研究目的和意义

1.2脉冲串激光国内外研究进展

1. 2. 1国内研究进展

1. 2. 2国外研究进展

1. 2. 3国内外现状分析

1.3本文的主要研究内容

第2章 LD侧泵固体激光器基本理论的研究

2.1 Nd:YAG晶体简介

2.2 LD泵浦调Q激光器理论研究

2. 2. 1调Q激光器的一般理论

2. 2. 2调Q激光器的优化理论

2.3脉冲放大理论

2. 3. 1脉冲放大器的速率方程理论与信号放大分析

2. 3. 2单程Nd:YAG激光放大器输出特性参数分析与仿真

2.4本章小结

第3章 1.06μm脉冲串激光产生实验研究

3.1闪光灯侧泵Nd:YAG产生脉冲串激光实验

3. 1. 1闪光灯侧泵Nd:YAG产生脉冲串实验方案

3. 1. 2闪光灯侧泵Nd:YAG产生脉冲串实验结果

3.2 LD侧泵Nd:YAG产生脉冲串激光实验

3. 2. 1 LD侧泵Nd:YAG产生脉冲串激光实验方案

3. 2. 2 LD侧泵Nd:YAG产生脉冲串激光实验结果

3.3本章小结

第4章 1.06μm脉冲串激光放大实验研究

4.1振荡级输出特性

4.2一级放大输出特性

4.3二级放大输出特性

4.4振荡级与一、二放大级脉冲串脉冲稳定性对比分析

4.5本章小结

结论

参考文献

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致谢