大功率声光调Q CO2激光器研究

摘要

CO2激光器具有大气窗口传输损耗低、聚焦性能好、容易实现高功率等诸多优点，在雷达、工业加工等领域应用广泛。传统的CO2激光器多工作在连续输出模式或由电脉冲激励的准连续模式，由此限制了CO2激光的诸多应用。Q调制技术让高峰值功率的激光脉冲实现变得容易，是激光技术上的一块重要里程碑。一方面高峰值功率的短脉冲激光与在材料加工时极大地降低了热影响，使得加工更为精密；另一方面调Q所得纳秒级激光脉冲在雷达、探测领域表现出更好的性能。CO2激光属于红外波段，位于大气传输窗口，且非金属有机物对该波段吸收强烈，但是该波段的调Q器件十分有限，由此也限制了CO2激光调Q技术的发展。
　　为了在现有调Q器件基础上获得更大功率的脉冲CO2激光，本文围绕CO2激光的声光调Q方式开展了理论和实验研究。
　　首先，基于Runge-kutta算法计算了根据四温度模型推导的调Q速率方程的数值解，模拟调Q脉冲的形成过程，研究了不同弛豫参数对脉冲形成过程的影响。
　　基于封离式玻璃管的CO2激光开展了系统的声光调Q实验，在重复频率1-50kHz范围内得到了稳定的声光调Q脉冲输出，平均功率在1~21W。重复频率1kHz时，峰值功率达4.5kW，脉冲宽度在200ns左右。研究了该声光调Q激光器的脉冲波形特性与功率输出特性。同时，进行了脉冲放大实验，脉冲功率得到了约2.5倍放大；
　　最后，为了得到大功率的声光调Q脉冲，提出了一种三镜非稳腔声光调Q方案。采用离散FFT法对虚共焦腔内光强衍射传输过程进行仿真，研究了该方案的可行性。并以一台通快2000SM轴快流CO2激光器作为实验平台，进行了虚共焦非稳腔的声光调Q实验。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 激光调Q技术

1.3 几种常见的CO2激光调Q方式

1.4 本论文的研究目的与内容安排

2 声光调Q CO2激光器数值模拟

2.1 CO2分子的能级结构

2.2 四能级模型

2.3 调Q过程的仿真计算

2.4 本章小结

3 封离式玻璃管CO2激光器的声光调Q

3.1 声光调制的物理基础

3.2器件选择与测试

3.3 声光调Q实验

3.4 脉冲放大实验

3.5 本章小结

4 虚共焦非稳腔仿真计算

4.1 虚共焦非稳腔

4.2 正支虚共焦非稳有源腔的光强分布计算

4.3 本章小结

5 基于轴快流CO2激光器的非稳腔声光调Q

5.1实验方案

5.2 三镜虚共焦非稳腔的连续输出特性

5.3 非稳腔的声光调Q实验

5.4 本章小结

6 总结与展望

致谢

参考文献

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