LD泵浦掺钕钒酸类混合晶体调Q及调Q锁模激光特性研究

摘要

激光二极管(Laser Diode)泵浦的全固态激光器具有结构简单、泵浦效率高、稳定性强、光束质量高等优点，在光通讯、工业精密加工、信息处理、激光测量、激光医疗等方面得到广泛的应用，成为了近年来人们研究的热点。
　　 本文采用光纤耦合的半导体激光器作泵浦源，用Nd∶YVO4、Nd∶Lu0.15Y0.85VO4、Nd∶Lu0.5Y0.5VO4和Nd∶Lu0.33Y0.37Gd0.3VO4晶体作为激光工作物质，利用声光(acousto-optic，AO)开关、饱和吸收体GaAs作为腔内调制原件，分别研究了主动和被动调Q的激光输出特性;利用饱和吸收体GaAs作为腔内调制原件，研究了被动调Q锁模激光输出特性;利用AO-GaAs组合，研究了主被动双损耗调制的调Q锁模激光输出特性;同时，运用高斯分布近似下的速率方程对以上调Q及调Q锁模激光的运转特性进行了理论分析。论文的主要内容概括为:
　　 Ⅰ利用Nd∶Lu0.15Y0.85VO4和Nd∶Lu0.33Y0.37Gd0.3VO4晶体作为激光工作物质，研究了LD泵浦声光主动调Q1.06μm激光输出特性，测量了和计算了不同重复频率和泵浦功率下的输出功率、脉冲宽度、单脉冲能量以及峰值功率。结果表明三掺晶体Nd∶Lu0.33Y0.37Gd0.3VO4晶体获得的激光脉冲具有更窄的脉冲宽度、更大的脉冲能量、更高的峰值功率。（第二章第一节）
　　 Ⅱ利用Nd∶Lu0.15Y0.85VO4、Nd∶Lu0.5Y0.5VO4和Nd∶Lu0.33Y0.37Gd0.3VO4晶体作为激光工作物质，并使用GaAs饱和吸收体兼做耦合输出镜，实现了LD泵浦被动调Q激光的运转。测量了脉冲的输出功率、脉冲宽度、重复率、单脉冲能量以及峰值功率随泵浦功率的变化关系，结果表明三掺晶体Nd∶Lu0.33Y0.37Gd0.3VO4晶体获得的激光脉冲具有更窄的脉冲宽度、更大的脉冲能量、更高的峰值功率。并且在高斯分布近似下，考虑GaAs饱和吸收体的单、双光予吸收过程，利用速率方程模型，对GaAs被动调Q激光进行理论模拟，理论结果与实验值相符。（第二章第二节）
　　 Ⅲ利用Nd∶Lu0.15Y0.85VO4、 Nd∶Lu0.5Y0.5VO4和Nd∶Lu0.33Y0.37Gd0.3VO4作为激光工作物质，用GaAs饱和吸收体作调Q锁模器件，实现了GaAs调Q锁模激光输出，结果表明三掺晶体Nd∶Lu0.33Y0.37Gd0.3VO4晶体获得的激光脉冲具有更窄的脉冲宽度、更大的脉冲能量、更高的峰值功率。并且考虑GaAs饱和吸收体的单光子、双光子和自由载流子吸收，利用高斯分布下的速率方程理论对实验结果进行了理论模拟，模拟结果与实验值较为吻合。（第三章第一节）
　　 Ⅳ利用Nd∶YVO4、Nd∶Lu0.5Y0.5VO4和Nd∶Lu0.33Y0.37Gd0.3VO4这三种混合晶体作激光工作物质，将GaAs饱和吸收体兼做耦合输出镜，研究了AO/GaAs双损耗调制的调Q锁模激光激光特性，其中三掺晶体Nd∶Lu0.33Y0.37Gd0.3VO4晶体获得的激光脉冲具有更窄的脉冲宽度、更大的脉冲能量、更高的峰值功率。考虑到声光晶体损耗和声光调制器对初始反转粒子数的影响，建立了描述AO/GaAs双损耗调制的调Q锁模激光特性的速率方程组，理论模拟与实验结果相符。（第三章第二节）
　　 论文的主要创新工作包括:
　　 Ⅰ首次利用两掺晶体Nd∶Lu0.15Y0.85VO4和Nd∶Lu0.5Y0.5VO4以及三掺晶体Nd∶Lu0.33Y0.37Gd0.3VO4作为激光工作物质，分别实现了LD泵浦声光主动调Q、GaAs被动调Q、GaAs被动调Q锁模、AO/GaAs双损耗调Q锁模的1064nm激光运转。同时建立了高斯分布近似下调Q及调Q锁模激光的速率方程，数值模拟方程组的理论值与实验结果相符。
　　 Ⅱ首次实现了单晶Nd∶YVO4、两掺晶体Nd∶Lu0.15Y0.85VO4和Nd∶Lu0.5Y0.5VO4以及三掺晶体Nd∶Lu0.33Y0.37Gd0.3VO4的激光特性比较，由于三掺晶体Nd∶Lu0.33Y0.37Gd0.3VO4晶体具有更宽的荧光线宽和更小的受激发射面积，所以Nd∶Lu0.33Y0.37Gd0.3VO4晶体获得的激光脉冲具有更窄的脉冲宽度、更大的脉冲能量、更高的峰值功率。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 引言

1．1 激光工作物质

1．2 激光调Q技术

1．3 激光调Q技术速率方程理论

1．4 激光调Q锁模技术及理论

1．5 本文的研究内容

第二章 混合晶体调Q激光特性的实验和理论研究

2．1 混合晶体声光主动调Q激光特性研究

2．1．1 AO调Q机理

2．1．2 实验装置和结果分析

2．2 混合晶体GaAs被动调Q激光特性研究

2．2．1 GaAs调Q机理

2．2．2 实验装置和结果分析

2．2．3 理论模拟

第三章 混合晶体调Q锁模激光特性的实验和理论研究

3．1 混合晶体GaAs被动调Q锁模激光特性研究

3．1．1 GaAs被动调Q锁模理论分析

3．1．2 实验装置和结果分析

3．1．3 理论模拟

3．2 混合晶体AO／GaAs双损耗调制的调Q锁模激光特性研究

3．2．1 实验装置和结果分析

3．2．2 理论模拟

第四章 全文总结

参考文献

致谢

攻读学位期间获得的奖励及发表的论文