LD端面泵浦高重频电光调Q Nd:GdVO4激光器的研究

摘要

半导体端面泵浦全固态激光器（DPSSL）具有效率高、光束质量好、结构紧凑等优点，已成为当今激光器领域研究的热点。调Q技术是获得脉冲激光输出的关键技术，并广泛应用于微机械加工、激光通信、激光雷达等众多工业军事领域。与其他调Q技术相比，电光调Q技术具有开关速度快、关通能力强、稳定性高的优势，易于获得高重复频率、窄脉宽、高峰值功率的脉冲激光输出。Nd:GdVO4晶体具有大的吸收截面和大的发射截面、适中荧光寿命、高的热导率以及偏振发射等特性，使其成为理想的高重频运转激光介质。鉴于此，本文致力于研究半导体端面泵浦高重频电光调Q Nd:GdVO4激光的特性。
　　本文首先分析了影响激光器输出功率、效率和光束质量的重要因素—模式匹配问题和热效应问题。根据连续激光输出功率与模式匹配的关系，推导了不同泵浦功率下振荡光斑尺寸与泵浦光斑尺寸的最佳比值。在分析激光器产热机制的基础上，探讨了激光器的热透镜效应，并分析了激光器的热致衍射损耗效应与泵浦功率和腔模尺寸的关系。最后研究了管理热效应的措施，并模拟了其减小热效应影响的效果。从连续泵浦固体激光器的速率方程出发，推导了调Q激光重要参数如脉冲宽度、脉冲能量、峰值功率等与泵浦功率和运转重频的关系，并且得到了最佳输出镜反射率与增益和损耗的关系。根据理论指导，通过实验实现了电光调Q1063nm Nd:GdVO4脉冲激光输出。激光最高运转重频为100kHz，最窄脉宽为20.2ns，对应峰值功率达到3.1kW。同时通过与声光调Q激光器的对比实验，定量的验证了电光调Q激光器的优越性。根据速率方程建立了腔倒空脉冲波形与Q开关时间和腔长的数值关系。并在直线腔中实现了脉宽大小恒定为5.5±0.2ns的1063nm Nd:GdVO4腔倒空脉冲激光输出，激光最高运转重频为50kHz，对应峰值功率为18.2kW。最后通过采用消光比更高的V形结构谐振腔，将腔倒空脉宽压缩至恒定大小为3.8±0.2ns。同时采用879nmLD泵浦源以及GdVO4/Nd:GdVO4复合晶体缓解热效应，在重频为80kHz时得到最高平均功率为13.3W的脉冲激光输出。在重频为10kHz，50kHz和100kHz时最高峰值功率分别高达252.6kW,65.9kW和34.4kW。

目录

LD端面泵浦高重频电光调Q Nd:GdVO4激光器的研究

RESEARCH ON LASER-DIODE END-PUMPING HIGH REPETITION RATE ELECTRO-OPTICAL Q-SWITCHED Nd:GdVO4 LASER

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 电光调Q概述

1.3 Nd:GdVO4晶体概述

1.4 高重频电光调Q激光器的研究进展

1.5 本文的主要研究内容

第2章 LD端泵固体激光器的模式匹配和热效应研究

2.1激光器的模式匹配研究

2.2激光器的热效应研究

2.3 本章小结

第3章 调Q激光器的脉冲反射式输出理论与实验研究

3.1 调Q激光器的基本理论

3.2 调Q激光器的优化理论

3.3 电光调Q Nd:GdVO4激光器的实验研究

3.4 本章小结

第4章 调Q激光器的腔倒空输出理论与实验研究

4.1 腔倒空激光的理论分析

4.2 808nm LD泵浦Nd:GdVO4腔倒空激光器的实验研究

4.3 879nm LD泵浦GdVO4/Nd:GdVO4腔倒空激光器的实验研究

4.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢