【摘要】：高重頻大能量窄脈寬固體激光器,因其具有重復(fù)頻率高、脈沖寬度窄以及峰值功率高等優(yōu)勢,已被廣泛應(yīng)用于激光工業(yè)、超遠(yuǎn)距離測量、光電雷達(dá)、激光對抗等領(lǐng)域。例如:在加工工業(yè)中被用來完成鉆孔、焊接、切割和快速成型等;在雷達(dá)探測中被用來進(jìn)行遙感測距、成像制圖等;在IT行業(yè)中被用做光通信,光存儲和光信息處理的光源;在現(xiàn)代科學(xué)研究中被廣泛應(yīng)用于激光核聚變、光譜分析、誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)等,因此對其進(jìn)行研究是非常有意義的。本研究圍繞設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊、重復(fù)頻率7kHz、單脈沖能量大于5mJ、脈沖寬度小于5ns的激光器這一目標(biāo),以全固態(tài)激光器的優(yōu)勢為切入點(diǎn)進(jìn)行了發(fā)展及現(xiàn)狀調(diào)研。首先針對1064nm激光譜線從四能級速率方程理論出發(fā),分析了LD端面泵浦激光器的泵浦光場及振蕩光場分布特性以及模式匹配對激光器輸出功率及斜效率的影響。通過?采用光纖耦合輸出的914nm半導(dǎo)體激光器作泵浦源提高量子效率;?選用對泵浦波長吸收系數(shù)較低的低摻雜濃度的Nd:YVO_4晶體減小熱透鏡效應(yīng)的影響,并采用雙晶體串接結(jié)構(gòu)來保證晶體充分能吸收泵浦光;?通過優(yōu)化泵浦光與振蕩光的模式匹配參數(shù)提高了激光器的光光轉(zhuǎn)換效率。經(jīng)過理論分析和實(shí)驗(yàn)研究優(yōu)化確定了實(shí)現(xiàn)高重頻大能量窄脈寬激光器所需的諧振腔長度、最佳泵浦位置、觸發(fā)延時等參數(shù)。實(shí)驗(yàn)采用電光腔倒空技術(shù)和雙棒串接結(jié)構(gòu),通過減小熱透鏡效應(yīng)的影響并保證振蕩光與抽運(yùn)光的良好模式匹配,實(shí)現(xiàn)了高重頻、大能量、窄脈寬1064 nm線偏振脈沖激光輸出。激光器采用914nm光纖耦合半導(dǎo)體激光器端面抽運(yùn)Nd:YVO_4晶體,以BBO普克爾盒作為電光開關(guān)。在重復(fù)頻率7kHz的條件下,諧振腔腔長450mm,晶體吸收功率為79.6W時,獲得了脈沖寬度4ns,單脈沖能量5mJ,最大平均輸出功率35W,峰值功率1.25MW,光束質(zhì)量M~2為1.58的穩(wěn)定脈沖激光輸出,對應(yīng)的光光轉(zhuǎn)換效率為44%。
【圖文】：

結(jié)果如圖 2-1 所示。從圖2-1 中可以看出，隨著i t n n值的增加，f i n n的值在減小。因?yàn)閷Υ_定的激光器參量和泵浦參量來說，閾值反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度t n是不變的，，即隨著初始反轉(zhuǎn)粒子數(shù)i n的增加，最終反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度和初始反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度的比f i n n在減小，也就是說有更多比例的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)被用來產(chǎn)生激光脈沖。因?yàn)榧す饷}沖寬度 t的表達(dá)式為：1 lni frii ttn nt tnn nn （2-29）腔內(nèi)光子壽命的表達(dá)式為：'rlt c （2-30）

北京工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文29）和式（2-30）我們可以看出，脈沖寬度的大小正比于腔長'l ，反比于諧振腔單程損耗 ，所以為了縮小諧振腔的長度，增加諧振腔的損耗，但輸出損粒子數(shù)密度t n的值將增大，會導(dǎo)致光子脈沖不能快降沿變寬。在一定條件下我們對脈沖寬度 t與i n 關(guān)系曲線如圖 2-2 所示。
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN248.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2675404