被动调Q双腔双频Nd:YAG激光器设计及实验研究

摘要

双频脉冲激光具有峰值功率高、相干性好、频差大等特点，在激光干涉测量和相干激光雷达探测等领域具有厂泛的应用前景。目前，在光载激光雷达领域中，大多采用连续波双频激光测量远距离运动目标的速度，其探测距离受到连续激光功率水平的限制，如果采用高峰值功率双频脉冲激光作光源，即可探测到更远距离的速度信息。因此，双频脉冲激光技术具有十分重要的研究意义。 本论文围绕双频脉冲全固态Nd∶YAG激光器展开研究，主要内容包括以下几个方面： 第一，介绍了激光纵模选择原理及方法，对双腔双频Nd∶YAG激光器的系统组成、工作原理及工作特性进行了论述。 第二，论述了调Q技术的理论基础，介绍了常用的调Q方法及其工作原理，设计了一种二极管端面抽运被动调Q双腔双频Nd∶YAG激光器，该激光器采用共增益“T”型双驻波腔结构，腔内偏振分光棱镜和半波片组成双折射滤光片作为激光纵模选择元件，并以Cr4+∶YAG晶体作为腔内被动Q开关，使1064nm激光p分量和s分量分别在直线腔和直角腔内同时以单纵模振荡，获得1064nm正交线偏振双频激光脉冲输出。 第三，介绍了Cr4+∶YAG晶体特性及其被动调Q性能，从被动调Q速率方程出发，建立了Cr4+∶YAG被动调Q激光系统模型，分析了脉冲激光的主要特性。进而建立了被动调Q双腔Nd∶YAG激光器速率方程组，理论分析了双腔脉冲激光输出特性。 第四，建立了被动调Q单频Nd∶YAG激光器实验系统，获得了1064nm单频脉冲激光输出。实验测量了单频脉冲激光振荡模谱，当泵浦功率为1.06W时，其脉冲脉宽、重复频率和峰值功率依次为17ns、1.23kHz和3.06kW，该实验结果与仿真结果相吻合。进而建立了被动调Q双腔双频Nd∶YAG激光器实验系统，实验研究了双腔双频脉冲激光振荡特性和输出特性。实验结果表明：在激光二极管泵浦功率为2.7W时，1064nm双频脉冲激光的频差约为10GHz，从直线腔输出的p偏振单频脉冲激光的重复频率、脉冲宽度和峰值功率依次为5.8kHz、42ns和126.4W，从直角腔输出的s偏振单纵模激光脉冲的重复频率、脉冲宽度和峰值功率依次为5.8kHz、40ns和133.6W。

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