LD泵浦键合Nd:YVO4晶体被动Q及锁模激光特性研究

摘要

激光二极管(LD)泵浦的固体激光器有着高效率、高稳定性、结构紧凑、全固态以及光束质量高等优点。在科学研究、军事装备、工业加工、激光医疗等领域有着广泛的应用，在当今已成为了一个重要的激光研究领域。
　　 本论文研究了激光二极管泵浦的全固态被动调Q及调Q锁模激光特性。使用带光纤耦合的半导体激光器作为泵浦源，采用Nd∶YVO4/Nd∶YVO4/Nd∶YVO4键合晶体和Nd∶YVO4单晶作为激光工作物质，对端面泵浦的激光工作物质内部温度场分布、热损耗和热焦距进行了数值模拟和实验操作。研究了可饱和吸收体Cr+∶YAG和单壁碳纳米管(SWCNTs)单被动调Q激光器的输出特性，以及SWCNTs-V∶YAG双被动调Q激光脉冲的压缩特性。采用三镜折叠V型腔结构，实现了LD泵浦Nd∶YVO4/Nd∶YVO4/Nd∶YVO4键合晶体、Cr4+∶YAG被动调Q锁模激光运转。
　　 论文的研究工作包括:
　　 1.研究了普通晶体和键合晶体的热效应现象，利用数值模拟方法，对端面泵浦的激光工作物质的热损耗、内部纵向和横向的温度场分布以及热焦距进行了深入的理论模拟。在实验上对晶体的热焦距进行了测量，实际结果与理论模拟结果吻合，两者随泵浦功率变化的趋势相一致。
　　 2.实现了LD泵浦Nd∶YVO4/Nd∶YVO4/Nd∶YVO4被动调Q和双被动调Q的1064nm激光运转。利用饱和吸收体Cr4+∶YAG和SWCNTs分别对激光器进行了被动调Q，研究了SWCNTs-V∶YAG双被动调Q激光特性。通过实验测量了键合晶体与单晶在不同泵浦功率下的输出功率、平均输出功率、脉冲宽度、脉冲重复率、单脉冲能量以及峰值功率的这些表征激光器性能的参数，分析了其变化趋势。在双被动调Q下获得了更短的脉冲宽度，更高的单脉冲能量与峰值功率，以及具有优秀对称性的短脉冲。
　　 3.采用三镜折叠腔结构，以Nd∶YVO4/Nd∶YVO4/Nd∶YVO4键合晶体作为激光工作物质，Cr4+∶YAG作为饱和吸收体，实现了LD泵浦三镜折叠腔1064nm调Q锁模激光运转，研究了被动调Q锁模下的激光输出特性。对不同泵浦功率下的平均输出功率和脉冲重复频率进行了测量。并利用测量结果计算出调Q包络的脉冲能量，分析其变化趋势。这一被动调Q锁模激光器具有优越的特性，平均输出功率以及脉冲包络间的振幅都非常稳定，适用于科研、工业和生活中的各个领域。
　　 论文的主要创新点:
　　 1.首次对Nd∶YVO4/Nd∶YVO4/Nd∶YVO4键合晶体的热效应进行了理论研究，并在实验上对晶体的热焦距进行了测量，实际结果与理论模拟结果吻合，两者随泵浦功率变化的趋势相一致。
　　 2.首次实现了LD泵浦Nd∶YVO4/Nd∶YVO4/Nd∶YVO4晶体、Cr4+∶YAG及SWCNTs单被动调Q和SWCNTs-V∶YAG双被动调Q的1064nm激光运转。在双被动调Q下获得了更短的脉冲宽度，更高的单脉冲能量与峰值功率，以及具有优秀对称性的短脉冲。
　　 3.采用三镜折叠腔结构，首次以Nd∶YVO4/Nd∶YVO4/Nd∶YVO4键合晶体作为激光工作物质，Cr4+∶YAG作为饱和吸收体实现了调Q锁模激光运转，研究了被动调Q锁模下的激光输出特性。