LD泵浦全固态Q锁模激光器的参数优化特性研究

摘要

激光二极管泵浦的全固态激光器因其效率高、结构紧凑、稳定性好等优点，被广泛地应用于材料加工、军事、医疗等领域。
　　 本论文采用光纤耦合输出的激光二极管作为泵浦源，用c切Nd∶GdVO4晶体作为激光工作物质，分别研究了以GaAs饱和吸收体作为腔内锁模元件的单被动调Q锁模激光的输出单脉冲能量参数优化及其脉冲宽度参数优化，以及使用声光调Q开关(AO)和GaAs饱和吸收体的主被动双调Q锁模激光的输出单脉冲能量参数优化，得到了GaAs饱和吸收体单被动调Q锁模激光在输出单脉冲能量最大和输出脉冲调Q包络脉宽最窄这两种参数优化条件下的GaAs的小信号透过率和输出镜反射率的关键参数值;得到了AO—GaAs饱和吸收体主被动双调Q锁模激光在输出单脉冲能量最大的参数优化条件下的GaAs的小信号透过率和输出镜反射率的关键参数值，并在实验中得到了验证，所得的实验结果与理论计算结果一致，所得出的优化参数对于全固态调Q锁模激光器的设计具有一定的参考价值。此外，用a切Nd∶Lu0.15Y0.85VO4晶体作为激光工作物质，研究了GaAs单被动调Q锁模激光的输出特性。论文的主要研究工作包括:
　　 Ⅰ、考虑了GaAs饱和吸收体的单光子吸收和双光子吸收过程，同时考虑了腔内光子数密度的空间高斯分布，给出了高斯分布近似下，GaAs被动调Q锁模运转的速率方程组，并理论上对GaAs被动调Q锁模激光的单脉冲能量以及调Q包络脉冲宽度做了参数优化研究，得出了在一定泵浦功率下，其单脉冲能量和调Q包络脉冲宽度与GaAs饱和吸收体的小信号透过率和输出镜反射率之间的关系曲线，并分别得到了两种参数优化条件下的GaAs饱和吸收体的小信号透过率和输出镜反射率;实验上采用GaAs作为饱和吸收体，在三镜折叠腔内实现了LD泵浦c切Nd∶GdVO41.06μm调Q锁模激光运转，并测量了在一定的泵浦功率下，不同的输出镜反射率、不同的GaAs小信号透过率条件下，激光输出的平均输出功率、调Q包络的脉宽、重复率，计算出了单脉冲能量，并比较了实验结果与理论结果，参数优化理论结果与实验结果相符。
　　 Ⅱ、理论和实验研究了LD泵浦声光(AO)和GaAs饱和吸收体主被动双调Q锁模c切Nd∶GdVO4激光的参数优化特性，考虑了GaAs饱和吸收体的单、双光子吸收过程，并同时考虑了声光Q开关的开关时间，腔内光子数密度的空间高斯分布，给出了描述声光(AO)和GaAs饱和吸收体主被动双调Q锁模运转的速率方程组，并对声光(AO)—GaAs主被动双调Q锁模激光的单脉冲能量做了参数优化研究，给出了其在一定的泵浦功率下，输出单脉冲能量与GaAs饱和吸收体的小信号透过率和输出镜反射率的关系曲线，并得到了在此参数优化条件下的GaAs饱和吸收体的小信号透过率和输出镜反射率;实验上采用三镜折叠腔，实现了LD泵浦声光一GaAs饱和吸收体主被动双调Q锁模c切Nd∶GdVO4晶体激光运转，并测量了在一定的泵浦功率条件下，不同输出镜反射率条件下的平均输出功率，调Q包络的脉宽、重复率，从而计算出了单脉冲能量，并将理论结果与实验结果进行比较，实验结果与参数优化分析结果相符合。（第三章）
　　 Ⅲ、采用三镜折叠腔结构，用GaAs作为饱和吸收体，实现了LD泵浦Nd∶Lu0.15Y0.85VO4混晶1.06μm被动调Q锁模激光运转，测量了输出调Q脉冲的脉冲宽度、重复率、平均输出功率、单脉冲能量随泵浦功率的变化关系。实验证明了，Nd∶Lu0.15Y0.85VO4混晶在产生调Q锁模脉冲领域有着良好的应用前景。（第四章）
　　 论文主要的创新工作包括:
　　 Ⅰ、首次研究了LD泵浦c切Nd∶GdVO4晶体、GaAs饱和吸收体被动调Q锁模激光的输出特性关键性能参数的优化，理论优化计算值与实验结果相符。
　　 Ⅱ、首次研究了LD泵浦c切Nd∶GdVO4晶体、声光—GaAs饱和吸收体主被动双调Q锁模激光的输出特性关键性能参数的优化，理论优化计算值与实验结果相符。
　　 Ⅲ、首次实现了LD泵浦Nd∶Lu0.15Y0.85VO4混晶1.06μmGaAs被动调Q锁模激光的运转。